助力节能降碳的相变储热材料研究和应用进展

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.22001

发电技术 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (2): 201-212.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.22001

助力节能降碳的相变储热材料研究和应用进展

郭学伯¹, 范良迟¹, 许浈婧¹, 李有², 林俊³, 陈林¹

^1.华北电力大学能源动力与机械工程学院，北京市昌平区 102206
^2.中国石化工程建设有限公司，北京市朝阳区100101
^3.华北电力大学新能源学院，北京市昌平区102206

收稿日期:2022-03-01 出版日期:2023-04-30 发布日期:2023-04-28
作者简介:郭学伯(1997)，男，硕士研究生，主要从事导热复合材料及相变储热方面的研究工作，619202822@qq.com；
范良迟(1998)，男，硕士研究生，主要从事相变储能材料方面的研究工作；
许浈婧(2000)，女，硕士研究生，主要从事导热复合材料计算模拟方面的研究工作；
李有(1975)，男，高级工程师，主要从事石油化工工程设计和系统集成工作，liy.sei@sinopec.com；
林俊(1972)，男，博士，教授，主要从事燃料电池、高分子膜材料的研究工作，jun.lin@ncepu.edu.cn；
陈林(1982)，男，博士，教授，主要从事高效传热、导热复合材料的研究工作，本文通信作者，chenlin@ncepu.edu.cn。
基金资助:
国家自然科学基金项目(51776069);华北电力大学电站能量传递转化与系统教育部重点实验室项目(NDZG202109)

Research and Application Progress of Phase Change Thermal Energy Storage Materials for Energy Saving and Carbon Reduction

Xuebo GUO¹, Liangchi FAN¹, Zhenjing XU¹, You LI², Jun LIN³, Lin CHEN¹

^1.School of Energy Power and Mechanical Engineering, North China Electric Power University, Changping District, Beijing 102206, China
^2.Sinopec Engineering Incorporation Co. , Ltd. , Chaoyang District, Beijing 100101, China
^3.School of New Energy, North China Electric Power University, Changping District, Beijing 102206, China

Received:2022-03-01 Published:2023-04-30 Online:2023-04-28
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(51776069);Foundation of Key Laboratory of Power Station Energy Transfer Conversion and System of Ministry of Education, North China Electric Power University(NDZG202109)

摘要/Abstract

摘要：

相变储热是一种发展较为成熟、工艺简单且储热密度高的储热技术，其基本恒温的蓄放热过程能减少能量品味的损失，应用前景广阔。围绕相变储热技术所涉及的关键材料，介绍了不同应用条件下各类相变材料的优缺点，综述了相变储热材料在余热回收利用、太阳能光热转化存储、储能电池热管理、建筑储热等方面的应用，着重总结了相变储热材料在减少相变过程泄漏、提高热导率、减小过冷度及腐蚀影响等方面的研究进展。鉴于储热材料有助于实现节约能源、降低碳排放的社会发展目标，有必要持续开展储热材料的研发工作，不断提高储热材料的综合性能。

关键词: 储能, 相变储热, 节能降碳, 相变材料

Abstract:

Thermal energy storage by using phase change materials (PCMs) is a kind of technology with mature development, simple process and high thermal energy storage density. Its basic homothermal heat storage and release process can reduce the loss of energy quality and has broad application prospects. Focusing on the key materials involved in phase change thermal energy storage technology, this paper introduced the advantages and disadvantages of various phase change materials under different application conditions, and summarized the applications of phase change thermal energy storage materials in waste heat recovery and utilization, solar thermal conversion storage, battery thermal management, building energy conservation and so on. In addition, the research progress in preventing the leakage of PCMs during the phase change process, improving the thermal conductivity of PCMs, and reducing the supercooling and corrosion effects of PCMs were summarized. Considering that the application of thermal energy storage by using PCMs contributes to the goals of energy conservation and carbon reduction, it is necessary to continue the research and development of thermal energy storage materials and continuously improve the comprehensive properties of thermal energy storage materials.

Key words: energy storage, phase change thermal energy storage, energy saving and carbon reduction, phase change materials

中图分类号:

TK 11

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图/表 9

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金属合金相变材料	相变温度/℃	熔融焓/(kJ/kg)	密度/(kg/m³)	固态热导率/[W/(m·K)]
Mg-24.9Zn-5.1Al	340	157.0	2 820	59
Zn-11.3Al	382	118.0	6 752	133
Al-34Mg	450	310.0	2 300	80
Al-33.2Cu	548	351.0	3 424	130
Al-12Si	576	560.0	2 700	160
Cu-20Si	802	352.2	—	371

金属合金相变材料	相变温度/℃	熔融焓/(kJ/kg)	密度/(kg/m³)	固态热导率/[W/(m·K)]
Mg-24.9Zn-5.1Al	340	157.0	2 820	59
Zn-11.3Al	382	118.0	6 752	133
Al-34Mg	450	310.0	2 300	80
Al-33.2Cu	548	351.0	3 424	130
Al-12Si	576	560.0	2 700	160
Cu-20Si	802	352.2	—	371

熔盐	相变温度/℃	熔融焓/(kJ/kg)	密度/(kg/m³)	热导率/[W/(m·K)]
硝酸钠	310	174.0	2 260	0.50
氢氧化钾	380	149.7	2 044	0.50
溴化钠-55溴化镁	431	212.0	3 490	0.90
碳酸锂-53碳酸钾	488	342.0	2 200	1.99
氯化钠-67氯化钙	500	281.0	1 900	1.02
氟化钠-21氟化钾-62碳酸钾	520	274.0	2 380	1.50

熔盐	相变温度/℃	熔融焓/(kJ/kg)	密度/(kg/m³)	热导率/[W/(m·K)]
硝酸钠	310	174.0	2 260	0.50
氢氧化钾	380	149.7	2 044	0.50
溴化钠-55溴化镁	431	212.0	3 490	0.90
碳酸锂-53碳酸钾	488	342.0	2 200	1.99
氯化钠-67氯化钙	500	281.0	1 900	1.02
氟化钠-21氟化钾-62碳酸钾	520	274.0	2 380	1.50

水合盐	相变温度/℃	熔融焓/(kJ/kg)	密度/(kg/m³)	热导率/[W/(m·K)]
二水合氟化钾	18.5	231	1 447	—
六水合氯化钙	29.5	170	1 680	1.088
十水合碳酸钠	34.0	251	1 440	—
十二水合磷酸氢二钠	36.5	264	1 520	0.514
三水合醋酸钠	58.0	265	1 450	—
六水合硝酸镁	90.0	160	1 460	0.669
六水合氯化镁	116.7	169	1 570	0.704

助力节能降碳的相变储热材料研究和应用进展

Research and Application Progress of Phase Change Thermal Energy Storage Materials for Energy Saving and Carbon Reduction

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导热填料	填料质量分数/%	热导率/ [W/(m⋅K)]	参考文献
铜粉	9.68	0.513	[61]
银纳米线	19.30	0.680	[62]
碳纳米管	34.00	0.464	[63]
氧化石墨烯(石墨烯)	0.45(1.80)	1.430	[64]
氧化石墨烯(氮化硼)	4.00(30.00)	3.000	[65]
多孔碳化土豆	14.64	4.489	[66]

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