相變材料儲能
關注創建者：流蘇kiwi 創建時間：2019-12-19
相變材料儲能的視頻教程
414-基于相變材料回填并考慮地下水滲流影響的U形地埋管換熱器仿真
備注：模型參數同404案例。 模型圖 仿真工況 入口條件：流體速度0.6m/s，velocity inlet，水溫36℃，直徑26mm。 土壤原始溫度：16℃。 計算域外圍和底部設為初溫16℃，計算域頂部設為絕熱邊界。 網格圖 說明：實際應用時需要進行網格無關性驗證，以便選取合適的網格數量（兼顧計算速度和計算質量）。 因此處字數限制，未展示全部更為詳細的結果及工況介紹等內容
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相變材料儲能的實例教程
【相變材料的綜述】
相變材料（phase change material，簡稱PCM），是指在物質發生相變時，可吸收或釋放大量能量（即相變焓）的一類材料。由于相變材料是利用潛熱儲能，儲熱密度大，蓄熱裝置結構緊湊，并且在相變過程中本身溫度基本不變，易于管理，隨著全球節能意識的提高，相變材料的這一特性引起了研究人員的重視，相變儲熱技術在儲能領域越來越大放異彩。
一、相變材料的篩選原則
相變材料種類很多，依照不同分類方法可以被分為很多種。例如，按照相變方式不同分類，可以分為固—固相變材料、固—液相變材料和固—氣相變材料；按照材料種類分，可分為無機相變材料、有機相變材料和復合相變材料[1]。生活中最常見的相變材料是水，早在數千年前，古人就懂得利用水的相變過程來進行實物保鮮或制冷。
雖然相變材料有很多種，但并不是所有相變材料都可被利用。目前公認的相變材料篩選原則如下[2]：
（1）相變溫度在實際應用操作范圍內。
（2）潛熱儲存能力高。
（3）導熱率高。
（4）穩定的化學和熱性能。
（5）無毒，無腐蝕性，對環境無害。
（6）成本低，易于獲得。
（7）相變過程中體積變化小。
（8）不發生過冷現象或過冷度很小。目前大多用的是固—液相變材料，由于相的改變，通常要對相變材料進行封裝以防泄露。
二、相變材料在太陽能領域的應用
目前，太陽能系統基本步入家家戶戶，但是也存在一些缺點，如：太陽能利用是間歇性的，夜晚不可用。將相變材料應用到太陽能系統，可以保證在沒有太陽輻射的情況下也可以應用太陽能。相變材料可以應用在太陽能熱電廠、太陽能空氣加熱器、太陽能熱水器、太陽能海水淡化器、太陽能炊具等等領域。[3]以下圖為例，該裝置主要包括三部分：a）太陽能系統單元，b）雙重管道熱能存儲器（TES），以及c）儲水箱。
展開 封裝相變材料（EPCM）由于其吸收和釋放大量熱量的能力，在與冷卻和加熱相關的各個領域，特別是在熱能存儲領域中受到了極大的關注。
02
成果掠影
近期，沙迦美國大學Mohammad O. Hamdan研究團隊通過將相變材料封裝在保護殼中，EPCM可以克服相變過程中的泄漏問題，并可以提高PCM的熱穩定性、可靠性和性能。此外，EPCM還可以定制以滿足特定的應用要求，例如不同的熔點和導熱率。該篇綜述全面概述了 EPCM，包括用于封裝的殼材料、封裝方法、EPCM 特性和熱性能、商用 EPCM，以及最新的研究、應用、實驗分析以及各種用于分析EPCM行為的數值模型，為后續儲能和熱管理系統的開發提供了重要指導。相關研究成果以“A review on micro-encapsulated phase change materials (EPCM) used for thermal management and energy storage systems: Fundamentals, materials synthesis and applications”為題發表于《Journal of Energy Storage》。
展開 來源 | Small
01
背景介紹
相變材料(Phase Change Materials, PCMs)作為能量儲存和轉換材料，不僅可以在相變過程中吸收和釋放潛熱，還可以通過可控的潛熱吸收和釋放來調節目標物周圍的溫度。因此，PCM在熱管理和溫度調節方面具有潛在的應用前景。雖然PCM在熱能利用和熱管理領域具有很大的潛力，但大多數PCM光熱轉換性能較差，限制了PCM的太陽能利用效率。因此，探索具有優異光熱轉換性能的相變材料至關重要。
研究人員在 PCM中加入了光熱轉換材料來增強其吸收陽光的性能，以獲得良好的光熱相變儲能性能。鎵銦合金(EGaIn)作為一種液態金屬，因其流動性強、電導率高、導熱性好，在柔性可穿戴電子產品、熱界面材料等領域得到了廣泛的應用。到目前為止，基于EGaIn的光熱相變儲能材料的報道很少，主要是由于EGaIn的儲能性能較低。因此，同時提高EGaIn的光熱轉換和儲能性能，對于拓寬EGaIn在光熱相變儲能領域的應用具有重要的科學意義。在之前的工作中，硬脂酸-鎵銦合金（STA-EGaln）TA-EGaIn作為一種有機相變儲能材料，由于相變過程中固有的液體泄漏，其大規模應用受到限制。因此，克服光熱相變儲能系統的泄漏是至關重要的。
多孔支架與 PCM相結合是防止相變過程中泄漏的有效方法。在之前發表的研究中，多孔支架在防止相變材料泄漏方面取得了優異的效果。但這些多孔支架的不可生物降解性會對環境造成負面影響，因此許多研究人員將重點轉向了基于生物質材料的支架。然而，有機PCMs的導熱性差也極大地限制了纖維素/有機PCMs復合材料的實際應用。
展開 近日，中科院大連化物所熱化學研究組（DNL1903）史全研究員團隊在柔性相變材料研究方面取得新進展，通過簡單易行的策略合成了石墨烯基的復合相變材料膜，并將其應用于可穿戴的光-熱管理器件。該復合相變材料膜具有優異的柔韌性、儲熱能力、光熱轉化能力，為智能可穿戴光-熱管理器件的研究提供了新思路。
相變儲能材料能夠在相對恒定的溫度下吸收和釋放大量相變潛熱，目前廣泛應用于熱能儲存和溫度控制的熱管理領域。然而，傳統相變材料本身固有的液態泄漏、弱吸光能力以及固態剛性使其在可穿戴的智能光-熱轉化器件研究中極具挑戰性。
針對該問題，史全研究員團隊以聚合物和石墨烯為原料合成了具有優異柔韌性的復合石墨烯膜，并將相變材料復合其中得到柔性的復合相變材料膜。該復合相變材料膜具有優秀的形狀穩定性，即使在高于相變溫度時仍然保持固態而不發生泄漏；同時，該復合相變材料膜具有高相變材料負載量，表現出優異的儲熱能力，即使經過500個熱循環和彎曲循環仍然保持穩定；此外，該復合相變材料膜具有出色的光-熱轉化能力，可迅速將太陽能轉化為熱能儲存，轉化效率最高可達96%。研究人員進一步將該復合相變材料膜貼到人體模型表面，結果表明在彎曲狀態其仍然表現出穩定的光-熱轉化性能。該復合相變材料膜表現出可應用于人體可穿戴光-熱管理領域的潛力，為可穿戴智能織物的開發提供了新的方向。
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有機相變材料
來源 | Journal of Energy Chemistry
01
背景介紹
隨著電子設備小型化和集成化的蓬勃發展，用于高級計算的微處理器的功率密度急劇增加。電子設備產生的大量熱量積聚在設備內部，例如集成電路。過熱引起的溫度升高會限制電子設備的工作適應性，導致頻繁的故障甚至自燃。因此，開發提高散熱效率的熱管理材料具有重要的意義。
相變材料
來源 | Nature Communications
01
背景介紹
相變材料(PCMs)是一系列具有優異能量存儲能力的材料，能夠在接近恒定的溫度下存儲/釋放大量潛熱，使其在熱管理技術創新中發揮不可或缺的作用。同時在應對環境污染和能源危機方面具有相當大的潛力。目前，有機固液PCMs(如石蠟、脂肪酸)因其穩定的理化性質、低腐蝕性和天然成本優勢而備受關注
來源 | Small
01
背景介紹
電池是可再生能源生態系統中應用最廣泛、最關鍵的儲能單元。不斷提高能量密度和充電速率的情況下，在一定程度上給電池帶來了動力的同時，也帶來了安全問題，降低了電池的使用可靠性。熱失控是導致電池安全問題的主要因素之一。通常源于充放電過程中嚴重的熱量積累，劇烈的熱量產生會導致鋰電池功能異常甚至爆炸。因此，能夠提供良好的耐熱和機械性能的先進材料對于可靠的電池安全管理非常重要
總結：本研究通過簡單的機械球磨工藝制備了一種具有優異光吸收性能的新型EGaIn基相變儲能材料(STA-EGaIn)。采用定向冷凍干燥法和烷基化反應法制備了木片激發纖維素納米晶氣凝膠，同時提高了木片激發纖維素納米晶氣凝膠的防漏和浸漬性能。為了提高STA-EGaIn的導熱性能和光熱性能，引入MoS2來降低STA-EGaIn的界面熱阻，調整EGaIn基相變儲能復合材料的光吸收性能。
來源 | Small
01
背景介紹
相變材料具有儲存和釋放潛熱的功能，在熱管理領域具有廣闊的應用前景。然而，傳統的相變材料只能一次性釋放完畢所有存儲的能量，而不能像電化學電池一樣能夠按需啟動和停止能量釋放能量，從而造成了極大的不方便和能源浪費。在這種情況下，迫切需要能夠按需啟動和停止能量釋放的間歇性放熱相變材料
來源 | Journal of Energy Storage
原文 | https://doi.org/10.1016/j.est.2023.108566
01
背景介紹
為實現我國2030年二氧化碳排放達峰和2060年碳中和的目標，包括電動汽車和混合動力電動汽車在內的可再生能源汽車近年來得到快速發展
具有高焓值的有機相變材料（PCM）是理想的儲熱和放熱材料，有望促進熱能利用，緩解能源短缺問題。然而，普通有機相變材料固有的吸光性差、導熱性差、形狀穩定性弱等缺點嚴重制約了太陽能的吸收、轉化和利用。近日，北京化工大學李曉鋒教授、于中振教授團隊通過在 2800 °C 下進行單向冷凍、凍干、碳化和石墨化，首次設計出了由預氧化聚丙烯腈（OPAN）/氧化石墨烯（GO
來源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
隨著工業的發展，節能減排的要求越來越高。在所有可能的探索中，熱能存儲（TES）為緩解能源供需失衡提供了一種充分且便捷的方式。因此，TES越來越受到人們的關注。相變材料 (PCM) 是 TES 的重要候選材料，因為它在相變過程中具有高潛熱和窄的溫度波動
來源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
解決世界能源問題和減緩全球變暖需要創新的傳熱技術。通過利用傳熱領域的最新進展，可以開發出提高能源效率、高效利用清潔能源、減少環境污染和碳排放的創新解決方案。
新型傳熱技術的開發和實施對于應對全球能源和環境挑戰以及確保電子元件的可靠運行至關重要
