摘要：相變儲熱技術(shù)在現(xiàn)有的儲熱技術(shù)中優(yōu)勢明顯，可應用領域較多，本文將從技術(shù)原理、分類、常用的儲熱材料、市場空間和應用領域等方面來闡述相變儲熱技術(shù)的發(fā)展。

我國是能源消耗大國，能源浪費的情況愈加嚴重，能源的科學合理利用越來越成為國家關(guān)注的焦點。近些年，國家一直在鼓勵新型能源的開發(fā)與利用，同時要實現(xiàn)高效率的利用，盡量避免因供需錯位導致的能源浪費。為了滿足這一要求，需要我們將能源利用過程中未被利用的部分先儲存起來再擇時利用，儲能領域的發(fā)展因此興起。儲熱是儲能領域中非常重要的組成部分，通過材料的相變反應實現(xiàn)熱量的儲存和釋放是近年來研究和應用的熱點。

相變儲熱技術(shù)的定義及常用相變材料的分類

相，是指物質(zhì)在一定條件下（溫度、壓強等）以一種與外界條件相適應的聚集狀態(tài)或結(jié)構(gòu)形式存在著的狀態(tài)，在此狀態(tài)下，物質(zhì)的性質(zhì)被確定。在外界條件發(fā)生變化的過程中，物相在某一特定的條件下（臨界值）發(fā)生突變，由一相變成另一相時的現(xiàn)象即為相變。相變儲熱技術(shù)，即為相變材料發(fā)生相變時,通過吸收或釋放熱量來實現(xiàn)熱量的儲存和釋放的一種技術(shù),常見的相變熱主要包括汽化熱、升華熱以及溶解熱等。

相變材料是相變儲熱技術(shù)實現(xiàn)的重要載體，可大體分為純相變材料、吸附浸漬類材料、混合燒結(jié)類材料和包裹類材料等四類。相變儲能材料按材料相變形式也可分為固-固、固-液、固-氣以及氣-液等相變材料。其中固-液相變材料因具有相變熱高、相變前后體積變化小等優(yōu)點，是目前研究及應用最多的材料。固-液相變材料主要分為有機相、無機相、復合基和金屬基相變材料。例如純相變材料中有機基材料主要有石蠟、芳香烴類等高分子聚合材料，無機基材料主要有熔融鹽、結(jié)晶水合鹽及金屬合金等；吸附浸漬類相變材料中主要為有機（脂肪酸、醇類和酯類等）、無機類（融鹽類和結(jié)晶水合物類等）復合相變材料。混合燒結(jié)類材料主要是為制備定型復合相變材料，具有無需容器封裝即可與換熱流體直接接觸換熱的優(yōu)點，過程中需相變材料、骨架材料和添加劑等配合燒結(jié)，工藝簡單，很適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。包裹類材料是因部分相變材料存在易燃、腐蝕性、熱穩(wěn)定性低等缺點，故采用封裝技術(shù)將相變材料包裹以達到高效率傳熱的目的，內(nèi)核相變材料和外層包裹材料最好具有化學相惰性。目前，原位聚合法、界面聚合法、乳液聚合法和類懸浮聚合法等化學方法是制備包裹類材料應用較多的方法。

 圖1 相變材料的分類

（資料來源：中國知網(wǎng)）

相變儲熱技術(shù)將率先享有儲熱領域巨大的市場空間

根據(jù)我國2014年發(fā)布的儲能產(chǎn)業(yè)白皮書，我國儲能市場預計到2020年將會達到137GW。但目前抽水蓄能占據(jù)了我國大部分的儲能市場，預計2020年將達到70GW，剩余的空缺將由新型儲能方式填補。2018年，我國新型方式儲能裝機量只有81.3MW，預計到2020年,新型儲能技術(shù)的市場空間非常巨大。儲熱是儲能領域非常重要的組成部分，主要在于為用戶提供需求側(cè)的制冷與制熱的差別感受。目前，常見的儲熱技術(shù)主要有三種：顯熱儲熱技術(shù)、相變儲熱技術(shù)和化學反應熱儲熱技術(shù)。其中顯熱儲熱技術(shù)所用材料雖價廉易得，但不適合大容量儲熱，很可能將被逐步淘汰；化學反應熱儲熱技術(shù)所用材料雖安全性高、儲能密度很高，但制備技術(shù)復雜、制備成本較高，規(guī)模化應用尚顯不足；相變儲熱技術(shù)所用材料儲能密度相對較高、安全性相對可靠，近些年復合材料的制備技術(shù)為相變儲熱技術(shù)的發(fā)展提供良好的機遇，相變儲熱技術(shù)將率先享有儲熱領域巨大的市場空間。

相變儲熱技術(shù)的應用廣泛

航天領域。外太空領域的溫度多處于極端狀態(tài)，但我們發(fā)射的衛(wèi)星或航天器的外殼以及內(nèi)部電子儀器儀表在使用狀態(tài)下多應處于恒定的狀態(tài)，這就需要一種精密的溫控系統(tǒng)來實現(xiàn)，使用相變儲熱材料制備的溫控裝置便能達到這一目的。此外，航天員的內(nèi)外艙航天服同樣需要較好的溫控系統(tǒng)來保證航天員的身體健康，相變儲熱材料制備的航天服能很好的達到目的。

建筑領域。建筑方面相變儲熱材料多應用在樓房的室外墻體、室內(nèi)地板、崗亭等需要保持恒溫的環(huán)境中，特別是在冬季需要供暖的地方，相變儲熱材料的使用可以有效降低電耗和能耗。

制冷設備領域。目前，常見的制冷設備（如冰箱、空調(diào)、冷藏車等）多采用壓縮機制冷的方式，此方式伴隨大量電能的消耗和污染物的排放，若制冷設備中采用相變材料，則可以顯著降低能耗。盡管目前相變儲能材料的一次性投入較大，但運行過程中產(chǎn)生的費用將很低。

紡織品領域。在日常生活中，消防員、工人、軍人等使用的服裝非常有制成智能調(diào)溫紡織品的必要，其可以感受環(huán)境溫度的變化，達到雙向溫度調(diào)節(jié)的作用，讓人體長期處于舒適的溫度環(huán)境。在常見的口罩、繃帶和手套等醫(yī)學用品中也可以使用相變材料來代替現(xiàn)有材料。

結(jié)語

相變儲能技術(shù)的理論研究已經(jīng)日趨成熟，可應用領域非常廣泛，相變材料的研究一直是該技術(shù)應用的關(guān)鍵，尋找一種價廉易得、普適性和相容性強、綠色環(huán)保的相變材料，仍舊是我們研究的重點和難點。因此，我們需要更加努力，早日實現(xiàn)相變材料的飛速發(fā)展。