Επισκόπηση των υλικών αποθήκευσης ενέργειας αλλαγής φάσης

Υλικά αλλαγής φάσης αποθήκευσης ενέργειας:

• Τα υλικά αλλαγής φάσης αποθήκευσης ενέργειας αναφέρονται σε ουσίες που χρησιμοποιούν τη λανθάνουσα θερμότητα της αλλαγής φάσης για την αποθήκευση ενέργειας.
• Είναι επίσης γνωστό ως αποθήκευση ενέργειας αλλαγής φάσης ή αποθήκευση θερμότητας, αποθήκευση ενέργειας, υλικά αποθήκευσης θερμότητας, υλικά αποθήκευσης λανθάνουσας θερμικής ενέργειας, που αναφέρονται ως υλικά αλλαγής φάσης.

Χαρακτηριστικά υλικών αλλαγής φάσης αποθήκευσης ενέργειας:

• Τα υλικά αλλαγής φάσης αποθήκευσης ενέργειας έχουν τα πλεονεκτήματα της υψηλής πυκνότητας αποθήκευσης ενέργειας, της μικρής αλλαγής θερμοκρασίας στη διαδικασία απορρόφησης και απελευθέρωσης θερμότητας και του εύκολου ελέγχου της διαδικασίας,και έχουν ποικίλα υλικά και χρησιμοποιούνται ευρέωςΤα PCM αποθήκευσης ενέργειας έχουν την ικανότητα να αλλάζουν τη φυσική τους κατάσταση και να απορροφούν ή να απελευθερώνουν λανθάνουσα θερμότητα εντός ορισμένης περιοχής θερμοκρασίας.

• Λαμβάνοντας ως παράδειγμα την αλλαγή φάσης στερεού υγρού, όταν θερμαίνεται μέχρι το σημείο τήξης, το υλικό αλλαγής φάσης απορροφά και αποθηκεύει μεγάλη ποσότητα λανθάνουσας θερμότητας κατά τη διάρκεια της διαδικασίας τήξης.Όταν ψύχεται μέχρι το σημείο κατάψυξης, το PCM απελευθερώνει λανθάνουσα θερμότητα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας σφιχτοποίησης.
• Τα υλικά αποθήκευσης ενέργειας για αλλαγή φάσης θα πρέπει να έχουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: μη τοξικότητα, κατάλληλη θερμοκρασία αλλαγής φάσης, μεγάλη λανθάνουσα θερμότητα αλλαγής φάσης, σταθερή απόδοση,καλή αναστροφή της αλλαγής φάσης, μικρό ρυθμό διαστολής και συρρίκνωσης κατά την αλλαγή φάσης, εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα και χαμηλή τιμή και εύκολη διαθεσιμότητα πρώτων υλών.

Ταξινομή υλικών αλλαγής φάσης για αποθήκευση ενέργειας:

• Τα υλικά μεταβολής φάσης αποθήκευσης ενέργειας μπορούν να χωριστούν σε τέσσερις κατηγορίες ανάλογα με τη μορφή μεταβολής φάσης.
• Υλικά αλλαγής φάσης στερεό-ρευστό, υλικά αλλαγής φάσης στερεό-αέριο, υλικά αλλαγής φάσης υγρού-αέριο και υλικά αλλαγής φάσης στερεό- στερεό.Η λανθάνουσα θερμότητα μεταβολής φάσης μεταξύ υλικών μεταβολής φάσης στερεών αερίων και υλικών μεταβολής φάσης υγρών αερίων είναι μεγάλη, αλλά η μεγάλη μεταβολή όγκου, η υψηλή πίεση και η κακή θερμική αγωγιμότητα περιορίζουν το εύρος εφαρμογής τους.η διαδικασία αλλαγής φάσης είναι αργή, και το εύρος εφαρμογής είναι μικρό.
• Τα υλικά μεταβολής φάσης στερεού υγρού έχουν τα πλεονεκτήματα της μεγάλης λανθάνουσας θερμότητας της μεταβολής φάσης, του ευρέος εύρους θερμοκρασίας μεταβολής φάσης και του χαμηλού κόστους,και είναι υλικά αλλαγής φάσης αποθήκευσης ενέργειας με μεγάλη πρακτική αξία και ώριμη τεχνολογία, έτσι ώστε τα υλικά αλλαγής φάσης αποθήκευσης ενέργειας συνήθως αναφέρονται σε υλικά αλλαγής φάσης στερεού υγρού.

• Τα υλικά αλλαγής φάσης αποθήκευσης ενέργειας μπορούν να χωριστούν σε ανόργανα, οργανικά (συμπεριλαμβανομένων των πολυμερών) και σύνθετα υλικά αλλαγής φάσης σύμφωνα με τη σύνθεσή τους.Τα ανόργανα υλικά αλλαγής φάσης περιλαμβάνουν κυρίως μέταλλα και κράματα, κρυσταλλικά υδατικά άλατα, λιωμένα άλατα κ.λπ., τα οποία έχουν τα πλεονεκτήματα της μεγάλης λανθάνουσας θερμότητας της αλλαγής φάσης, της υψηλής χωρητικής πυκνότητας αποθήκευσης ενέργειας και της μεγάλης θερμικής αγωγιμότητας,αλλά έχουν τα μειονεκτήματα της εύκολης υποψύξης και του διαχωρισμού φάσεων, διαρροή του δοχείου διάβρωσης και της υγρής φάσης.
• Τα οργανικά υλικά αλλαγής φάσης περιλαμβάνουν κυρίως αλιφατικούς υδρογονάνθρακες (παραφίνη κλπ.), λιπαρά οξέα, αλκοόλες, πολυενόλες κλπ., τα οποία έχουν τα πλεονεκτήματα της μεγάλης λανθάνουσας θερμότητας αλλαγής φάσης,σταθερή απόδοση και χαμηλό κόστος, αλλά έχουν τα μειονεκτήματα της μικρής θερμικής αγωγιμότητας, της χαμηλής πυκνότητας, της πτητικότητας και της εύκολης γήρανσης.
• Τα σύνθετα υλικά αλλαγής φάσης αναφέρονται κυρίως σε οργανικά και ανόργανα ουτεκτικά υλικά αλλαγής φάσης για την αντιμετώπιση των ελλείψεων των μεμονωμένων ανόργανων ή οργανικών υλικών αλλαγής φάσης,και τα πιο μελετημένα είναι τα διαμορφωμένα υλικά αλλαγής φάσης (SSPCM) και τα μικροκαψουλωμένα υλικά αλλαγής φάσης (MEPCM).
• Τα PCM αποθήκευσης ενέργειας διαιρούνται σε συστήματα υψηλής θερμοκρασίας (άνω των 250 °C),υλικά μεταβολής φάσης μεσαίας θερμοκρασίας (250 έως 100 °C) και χαμηλής θερμοκρασίας (κάτω των 100 °C) σύμφωνα με το εύρος θερμοκρασίας μεταβολής φάσης.
• Τα υλικά αποθήκευσης ενέργειας υψηλής θερμοκρασίας μεταβολής φάσης χρησιμοποιούνται κυρίως στη συγκεντρωμένη παραγωγή ηλιακής θερμικής ενέργειας, στην ανάκτηση θερμότητας βιομηχανικών αποβλήτων, στους κινητήρες θερμότητας υψηλής θερμοκρασίας και σε άλλους τομείς.
• Τα υλικά αποθήκευσης ενέργειας μεσαίας θερμοκρασίας μεταβολής φάσης χρησιμοποιούνται κυρίως στην ηλιακή θερμική αξιοποίηση, την ξήρανση και την αφυδάτωση και άλλους τομείς.Τα υλικά αποθήκευσης ενέργειας χαμηλής θερμοκρασίας αλλαγής φάσης έχουν ευρείες προοπτικές εφαρμογής στους τομείς της εξοικονόμησης ενέργειας των κτιρίων, θερμική διαχείριση ηλεκτρονικών συσκευών και αποθήκευση χαμηλής θερμοκρασίας.

Έρευνα και ανάπτυξη υλικών αποθήκευσης ενέργειας αλλαγής φάσης:

• Ο σχεδιασμός, η προετοιμασία και η εντατικοποίηση των υλικών αλλαγής φάσης αποθήκευσης ενέργειας αποτελούν το κλειδί για την έρευνα και την ανάπτυξη υλικών.Για την επίτευξη της κατάλληλης θερμοκρασίας αλλαγής φάσης και της λανθάνουσας θερμότητας της αλλαγής φάσης, είναι απαραίτητο να συνθέσουμε μια ποικιλία υλικών αλλαγής φάσης σε υλικά αλλαγής φάσης με πολλά συστατικά σύμφωνα με μια ορισμένη αναλογία.

• Η παρασκευή υλικών αλλαγής φάσης αποθήκευσης ενέργειας περιλαμβάνει κυρίως μηχανικές μεθόδους (φόρτωση υλικών αλλαγής φάσης σε δοχεία), φυσικές μεθόδους (μέθοδος ανάμειξης, μέθοδος εμποτισμού,κλπ..), χημικές μεθόδους (μέθοδος πολυμερισμού πολυμερών, μέθοδος sol-gel κλπ.) και μέθοδος μικροκεφαλαιοποίησης.
• Για τα υλικά μεταβολής φάσης χαμηλής θερμικής αγωγιμότητας, είναι απαραίτητο να προστεθούν υλικά εξαιρετικής θερμικής αγωγιμότητας (μεταλλικά συμπληρώματα, γραφίτη, ανθρακονήματα κλπ.),προστίθενται πλευρά ή κάψουλες για ενίσχυσηΕπιπλέον, η αντοχή και η οικονομία των PCM αποθήκευσης ενέργειας είναι το κλειδί για την ανάπτυξη της εφαρμογής τους.