相变储热技术未来可期

摘要：相变储热技术在现有的储热技术中优势明显，可应用领域较多，本文将从技术原理、分类、常用的储热材料、市场空间和应用领域等方面来阐述相变储热技术的发展。

我国是能源消耗大国，能源浪费的情况愈加严重，能源的科学合理利用越来越成为国家关注的焦点。近些年，国家一直在鼓励新型能源的开发与利用，同时要实现高效率的利用，尽量避免因供需错位导致的能源浪费。为了满足这一要求，需要我们将能源利用过程中未被利用的部分先储存起来再择时利用，储能领域的发展因此兴起。储热是储能领域中非常重要的组成部分，通过材料的相变反应实现热量的储存和释放是近年来研究和应用的热点。

相变储热技术的定义及常用相变材料的分类

相，是指物质在一定条件下（温度、压强等）以一种与外界条件相适应的聚集状态或结构形式存在着的状态，在此状态下，物质的性质被确定。在外界条件发生变化的过程中，物相在某一特定的条件下（临界值）发生突变，由一相变成另一相时的现象即为相变。相变储热技术，即为相变材料发生相变时,通过吸收或释放热量来实现热量的储存和释放的一种技术,常见的相变热主要包括汽化热、升华热以及溶解热等。

相变材料是相变储热技术实现的重要载体，可大体分为纯相变材料、吸附浸渍类材料、混合烧结类材料和包裹类材料等四类。相变储能材料按材料相变形式也可分为固-固、固-液、固-气以及气-液等相变材料。其中固-液相变材料因具有相变热高、相变前后体积变化小等优点，是目前研究及应用最多的材料。固-液相变材料主要分为有机相、无机相、复合基和金属基相变材料。例如纯相变材料中有机基材料主要有石蜡、芳香烃类等高分子聚合材料，无机基材料主要有熔融盐、结晶水合盐及金属合金等；吸附浸渍类相变材料中主要为有机（脂肪酸、醇类和酯类等）、无机类（融盐类和结晶水合物类等）复合相变材料。混合烧结类材料主要是为制备定型复合相变材料，具有无需容器封装即可与换热流体直接接触换热的优点，过程中需相变材料、骨架材料和添加剂等配合烧结，工艺简单，很适合大规模工业化生产。包裹类材料是因部分相变材料存在易燃、腐蚀性、热稳定性低等缺点，故采用封装技术将相变材料包裹以达到高效率传热的目的，内核相变材料和外层包裹材料最好具有化学相惰性。目前，原位聚合法、界面聚合法、乳液聚合法和类悬浮聚合法等化学方法是制备包裹类材料应用较多的方法。

 图1 相变材料的分类

（资料来源：中国知网）

相变储热技术将率先享有储热领域巨大的市场空间

根据我国2014年发布的储能产业白皮书，我国储能市场预计到2020年将会达到137GW。但目前抽水蓄能占据了我国大部分的储能市场，预计2020年将达到70GW，剩余的空缺将由新型储能方式填补。2018年，我国新型方式储能装机量只有81.3MW，预计到2020年,新型储能技术的市场空间非常巨大。储热是储能领域非常重要的组成部分，主要在于为用户提供需求侧的制冷与制热的差别感受。目前，常见的储热技术主要有三种：显热储热技术、相变储热技术和化学反应热储热技术。其中显热储热技术所用材料虽价廉易得，但不适合大容量储热，很可能将被逐步淘汰；化学反应热储热技术所用材料虽安全性高、储能密度很高，但制备技术复杂、制备成本较高，规模化应用尚显不足；相变储热技术所用材料储能密度相对较高、安全性相对可靠，近些年复合材料的制备技术为相变储热技术的发展提供良好的机遇，相变储热技术将率先享有储热领域巨大的市场空间。

相变储热技术的应用广泛

航天领域。外太空领域的温度多处于极端状态，但我们发射的卫星或航天器的外壳以及内部电子仪器仪表在使用状态下多应处于恒定的状态，这就需要一种精密的温控系统来实现，使用相变储热材料制备的温控装置便能达到这一目的。此外，航天员的内外舱航天服同样需要较好的温控系统来保证航天员的身体健康，相变储热材料制备的航天服能很好的达到目的。

建筑领域。建筑方面相变储热材料多应用在楼房的室外墙体、室内地板、岗亭等需要保持恒温的环境中，特别是在冬季需要供暖的地方，相变储热材料的使用可以有效降低电耗和能耗。

制冷设备领域。目前，常见的制冷设备（如冰箱、空调、冷藏车等）多采用压缩机制冷的方式，此方式伴随大量电能的消耗和污染物的排放，若制冷设备中采用相变材料，则可以显著降低能耗。尽管目前相变储能材料的一次性投入较大，但运行过程中产生的费用将很低。

纺织品领域。在日常生活中，消防员、工人、军人等使用的服装非常有制成智能调温纺织品的必要，其可以感受环境温度的变化，达到双向温度调节的作用，让人体长期处于舒适的温度环境。在常见的口罩、绷带和手套等医学用品中也可以使用相变材料来代替现有材料。

结语

相变储能技术的理论研究已经日趋成熟，可应用领域非常广泛，相变材料的研究一直是该技术应用的关键，寻找一种价廉易得、普适性和相容性强、绿色环保的相变材料，仍旧是我们研究的重点和难点。因此，我们需要更加努力，早日实现相变材料的飞速发展。