時(shí)訊：微膠囊相變材料：儲(chǔ)能調(diào)溫顯身手

相變材料是一種利用材料在相態(tài)（物理狀態(tài)）轉(zhuǎn)變過(guò)程中，伴隨大量吸收或釋放潛熱而進(jìn)行儲(chǔ)能/釋能的新型復(fù)合材料。

(資料圖)

宇田相變材料實(shí)驗(yàn)室 杜兔平/供圖

水與冰的轉(zhuǎn)換是一個(gè)最典型的相變過(guò)程的例子。當(dāng)溫度低至0℃時(shí)，水由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)（結(jié)冰）；當(dāng)溫度高至0℃時(shí)水由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)（溶解）。在結(jié)冰過(guò)程中吸入并儲(chǔ)存了大量的冷能量，而在溶解過(guò)程中吸收大量熱能量。相變材料在相態(tài)發(fā)生變化時(shí)，自身溫度幾乎維持不變，而吸收或釋放的潛熱巨大。單位質(zhì)量/體積儲(chǔ)熱量是熱水的4～6倍、熱油的7～8倍，蓄冷量是冷水的10～13倍。

微膠囊相變材料特性

相變材料儲(chǔ)熱密度大，是顯熱儲(chǔ)能的4～13倍，具有儲(chǔ)熱溫度適配性強(qiáng)（-52～350℃），充放熱溫度恒定，充放熱效率高（平均95%以上），安全性高（儲(chǔ)熱溫度適中、材料對(duì)環(huán)境友好），循環(huán)壽命長(zhǎng)（部分材料使用壽命超過(guò)30000次以上），使用成本低（度電成本僅為鋰電池的10%～20%）的特點(diǎn)。

為保證相變材料的穩(wěn)定性和使用年限，利用納米乳化和切割技術(shù)，將相變材料切割分散成300～500nm微顆粒，然后利用化學(xué)沉積法、物理化學(xué)法、溶膠-凝膠法等微膠囊包覆技術(shù)，將微量相變材料包封在500nm～5μm的微球中，材料在微膠囊內(nèi)進(jìn)行相態(tài)變化；也可采用物理封裝技術(shù)，將相變材料封裝到0.001～100m3的容器中，材料在容器內(nèi)進(jìn)行相態(tài)變化。

相變材料大有可為

未來(lái)建筑將向節(jié)能建筑、綠色建筑和零能耗建筑等形態(tài)發(fā)展，越來(lái)越多的儲(chǔ)能材料將會(huì)應(yīng)用到建筑材料中。利用微膠囊技術(shù)，將其植入到水泥、砂漿、油漆、吊頂板等建材中，讓材料在使用過(guò)程中起到儲(chǔ)能調(diào)溫作用。例如，在建筑材料中植入23℃相變材料時(shí)，當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)25℃，它就吸收熱量，達(dá)到室內(nèi)降溫；當(dāng)環(huán)境溫度低于20℃時(shí)候，它就開(kāi)始釋放熱量，達(dá)到保暖效果。

工業(yè)低品位余熱余壓的二次梯級(jí)利用和綠色能源的充分使用，能夠在很大程度上助力“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。兩種能源的特點(diǎn)是分散、間歇、不穩(wěn)定，因此“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”是新形勢(shì)下的必然，儲(chǔ)能將占到未來(lái)能源系統(tǒng)中四分之一的份額和位置。

相變儲(chǔ)熱/蓄冷技術(shù)是一種高效儲(chǔ)能技術(shù)，即在電價(jià)較低時(shí)（用電低谷期），采用電制熱/冷機(jī)進(jìn)行制熱/冷，將熱量/冷量以相變潛熱的方式儲(chǔ)存起來(lái)；在電價(jià)較高時(shí)（用電高峰期），再把儲(chǔ)存的熱/冷量以相變凝固/溶解的形式釋放出來(lái)，進(jìn)而滿足負(fù)荷側(cè)對(duì)熱/冷量的需求，實(shí)現(xiàn)用電負(fù)荷的“移峰填谷”，完成能源在時(shí)間和空間上的轉(zhuǎn)移，為電廠和用戶降本增效。

可儲(chǔ)熱亦可儲(chǔ)冷

利用不同溫度段的相變材料，把不同品類的工業(yè)余熱、風(fēng)電等新能源吸收儲(chǔ)存，實(shí)現(xiàn)空間和時(shí)間上的轉(zhuǎn)移和匹配，長(zhǎng)效儲(chǔ)熱/儲(chǔ)冷將為碳中和貢獻(xiàn)重要力量。

此類材料目前已應(yīng)用于羽絨服中，即在羽絨服中植入相變調(diào)溫的材料，可以讓羽絨服更輕薄的同時(shí)兼具更優(yōu)的保暖性能。目前大部分羽絨服所使用的面料雖然能起到御寒效果，但在室內(nèi)會(huì)燥熱，室外又容易迅速變涼，應(yīng)用相變材料后，它能在環(huán)境燥熱情況下吸收多余溫度，達(dá)到體內(nèi)降溫效果，在環(huán)境變冷情況下釋放多余溫度，起到保暖效果。

相變儲(chǔ)能熱管理材料和功能性微膠囊，以低、中、高各溫度段的相變儲(chǔ)能材料為基礎(chǔ)，以納微型、小型、中型、大型、復(fù)合型相變儲(chǔ)能/調(diào)溫/控溫單元/裝置/系統(tǒng)為依托，在電能移峰填谷（源網(wǎng)荷）、工業(yè)余熱回收利用、綠色節(jié)能建筑（零能耗建筑、被動(dòng)房）、電器、電子產(chǎn)品，電池?zé)峁芾恚▌?dòng)力電池、5G基站、儲(chǔ)能電站），精準(zhǔn)冷藏、冷鏈、保鮮，軍事和消防設(shè)施冷熱管理，道路抗冰融雪，天然氣（LNG）液化和汽化過(guò)程中熱能和冷能梯級(jí)儲(chǔ)存利用，生活熱管理（智能調(diào)溫生活用品），人體熱舒性管理（智能控溫穿戴）等領(lǐng)域?qū)⑻峁┮幌盗械募夹g(shù)產(chǎn)品和應(yīng)用解決方案。

在“雙碳”目標(biāo)的引領(lǐng)下，相變材料將充分發(fā)揮其特性而被應(yīng)用于更多領(lǐng)域更多場(chǎng)景。

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