水合鹽相變儲(chǔ)能材料的研究進(jìn)展

孟令然，郭立江，李曉禹，王 會(huì)，陳勝利，周 園，李建強(qiáng)

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水合鹽相變儲(chǔ)能材料的研究進(jìn)展

孟令然1,2，郭立江1，李曉禹1，王 會(huì)1，陳勝利2，周 園3，李建強(qiáng)1

（1中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所濕法冶金清潔生產(chǎn)技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院綠色過(guò)程與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100190；2中國(guó)石油大學(xué)(北京)化學(xué)工程學(xué)院，重質(zhì)油國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102249；3中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所青海省鹽湖資源化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海西寧 810008）

水合鹽相變儲(chǔ)能材料具有儲(chǔ)熱密度大、導(dǎo)熱系數(shù)大、相變溫度適中、低價(jià)易得等優(yōu)點(diǎn)，具有較好的應(yīng)用前景，成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。本文分析了水合鹽相變儲(chǔ)能材料的研究態(tài)勢(shì)；詳述了國(guó)內(nèi)外對(duì)水合鹽相變材料的熱物性及應(yīng)用探索方面的研究工作及進(jìn)展；針對(duì)水合鹽相變儲(chǔ)能材料在應(yīng)用過(guò)程中存在的過(guò)冷、相分離及對(duì)容器腐蝕性問(wèn)題的特點(diǎn)，詳述了解決這些問(wèn)題的方法及進(jìn)展；對(duì)水合鹽相變材料的應(yīng)用及發(fā)展前景進(jìn)行了展望，認(rèn)為對(duì)水合鹽相變材料過(guò)冷、相分離及循環(huán)穩(wěn)定性問(wèn)題的研究和解決方法還需要加強(qiáng)。

水合鹽；儲(chǔ)能；相變材料；穩(wěn)定性；腐蝕性

我國(guó)能源資源總量比較豐富，但人均能源資源擁有量較低。然而，與此相對(duì)的是，我國(guó)能源效率總體仍然偏低，單位GDP能耗是世界平均水平的2.5倍，美國(guó)的3.3倍，也高于巴西、墨西哥等發(fā)展中國(guó)家。同時(shí)，占總能源消費(fèi)60 %以上[1]的煤炭消費(fèi)，也造成了大范圍、區(qū)域性的重度霧霾頻發(fā)。能源的緊缺和低利用率問(wèn)題，正在成為制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》提出：“大力開(kāi)發(fā)、推廣節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品，開(kāi)展重大技術(shù)示范。實(shí)施建筑能效提升和綠色建筑全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展計(jì)劃，推進(jìn)能源綜合梯級(jí)利用?！币虼?，能源的節(jié)約與綜合梯度利用，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要保證，已經(jīng)成為國(guó)家戰(zhàn)略需求。

相變儲(chǔ)能技術(shù)利用相變儲(chǔ)能材料（phase change materials，PCMs）在相變過(guò)程中產(chǎn)生的潛熱進(jìn)行能量的儲(chǔ)存和釋放，進(jìn)而調(diào)和熱能供給與需求在時(shí)間和空間上不相匹配的矛盾，是實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約與綜合梯度利用的有效技術(shù)手段之一。相變材料的性能直接影響儲(chǔ)能的效果。相變材料按化學(xué)成分分類(lèi)主要包括有機(jī)相變材料（石蠟、脂肪酸等），無(wú)機(jī)相變材料（水合鹽類(lèi)、金屬類(lèi)）和復(fù)合相變材料。水合鹽是典型的相變儲(chǔ)能材料，與其它相變材料相比，具有價(jià)格便宜、體積蓄熱密度大（約350 MJ/m3）、相變潛熱大（86～328 J/g）、熔點(diǎn)固定、熱導(dǎo)率大[約0.7 W/(m·℃)]等優(yōu)點(diǎn)[2]。因此，水合鹽作為相變儲(chǔ)能技術(shù)的材料，具有經(jīng)濟(jì)和技術(shù)可行性，在太陽(yáng)能利用、建筑節(jié)能、冷藏物流鏈、電力系統(tǒng)調(diào)峰、余熱回收、采暖空調(diào)及家用電器等許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景，成為研究的熱點(diǎn)。

1 水合鹽相變儲(chǔ)能材料的研究態(tài)勢(shì)

本文對(duì)最近40年（1976—2016年4月）報(bào)道的水合鹽相變材料研究論文進(jìn)行了全面的調(diào)研，以Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)為數(shù)據(jù)源統(tǒng)計(jì)了自1976年以來(lái)每年發(fā)表的相關(guān)論文數(shù)量，如圖1所示。從圖1很清楚的看出，研究水合鹽相變材料的論文數(shù)量呈逐年上升的態(tài)勢(shì)，這種趨勢(shì)表明水合鹽相變儲(chǔ)能材料研究工作引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者越來(lái)越多的關(guān)注。從研究?jī)?nèi)容來(lái)分析，對(duì)水合鹽相變儲(chǔ)能材料的特性表征、性能研究及過(guò)冷、穩(wěn)定性等方面的研究成為主要方向，占66%，如圖2所示。此外，水合鹽相變儲(chǔ)能系統(tǒng)的數(shù)值模擬計(jì)算及共熔混合物的研究也備受關(guān)注，相關(guān)論文分別占9%和6%，如圖2所示。

對(duì)各國(guó)關(guān)于水合鹽相變材料的研究力量進(jìn)行分析，結(jié)果表明，關(guān)于水合鹽相變材料論文發(fā)表數(shù)量前3的國(guó)家分別是中國(guó)、日本和美國(guó)，如圖3所示。對(duì)各國(guó)關(guān)于水合鹽相變材料主要研究方向進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖4所示。可以看出，國(guó)家主要研究方向主要集中于能源與燃料、工程、熱力學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)等。

2 水合鹽相變儲(chǔ)能材料的基礎(chǔ)熱物性研究

為了使水合鹽相變材料更有效地應(yīng)用到儲(chǔ)能系統(tǒng)中，研究者們一直努力發(fā)展高性能的水合鹽相變儲(chǔ)能材料。文獻(xiàn)報(bào)道的對(duì)單組分水合鹽相變儲(chǔ)能材料的研究工作，主要集中在相變潛熱、相變溫度等熱物特性的測(cè)定，部分研究工作還報(bào)道了水合鹽的密度、熱導(dǎo)率等參數(shù)。張寅平等[3]、TELKS[4-6]、LANE[7-9]、BELTON等[10]、GUION等[11]、ABHAT等[12]、KENISARIN等[13]和ZAIBA等[14]都對(duì)前人報(bào)道的常用單組分水合鹽相變儲(chǔ)能材料的熱物性研究工作進(jìn)行了詳細(xì)的總結(jié)。表1列出了文獻(xiàn)報(bào)道的部分單組分水合鹽相變儲(chǔ)能材料熱物性數(shù)據(jù)，包括相變溫度、相變潛熱、密度、比熱容、熱導(dǎo)率等。

相變儲(chǔ)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)性要求相變儲(chǔ)能材料具有較大的相變潛熱，并且有適宜的相變溫度，因此單一組分水合鹽已無(wú)法滿足不斷發(fā)展的相變儲(chǔ)能技術(shù)的需求。隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)另外一 種無(wú)機(jī)鹽的加入會(huì)降低體系的相變溫度。根據(jù)這 個(gè)規(guī)律，DONG等[15]、LI等[16]、VOGIT等[17]、RAI等[18]研究了二元及多元體系水合鹽相變儲(chǔ)能材料， 并獲得了一系列的混合鹽相變儲(chǔ)能材料體系，如表2所示。

表1 單組分水合鹽相變儲(chǔ)能材料熱物性

續(xù)表1

表2 混合水合鹽相變儲(chǔ)能材料及其相變溫度和相變潛熱

3 水合鹽相變儲(chǔ)能材料的應(yīng)用研究

早在20世紀(jì)60年代，美國(guó)國(guó)家航天局就開(kāi)展了相變材料在航天領(lǐng)域的應(yīng)用研究工作。TELKES[4-6]和LANE[7-8]在水合鹽相變儲(chǔ)能材料熱物性研究的基礎(chǔ)上，對(duì)應(yīng)用過(guò)程的傳熱、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面做了大量工作。TELKS對(duì)Na2SO4·10H2O的儲(chǔ)放熱循環(huán)進(jìn)行了千余次實(shí)驗(yàn)，并建立了以Na2SO4·10H2O為相變儲(chǔ)能材料的世界上第一座被動(dòng)式太陽(yáng)房[4-6]。LANE[7]開(kāi)展了將CaCl2·6H2O封裝在塑料管中收集太陽(yáng)能來(lái)改變室溫的應(yīng)用研究工作。日本對(duì)相變儲(chǔ)能材料的研究也起步較早。三菱公司和東京電力公司合作開(kāi)展了將水合硝酸鹽、磷酸鹽、氟化物和氯化鈣[22]應(yīng)用于制冷和空調(diào)系統(tǒng)的研究工作。

1990年美國(guó)加州發(fā)明了兩種空調(diào)用蓄冷用相變材料，它們分別被稱(chēng)為“41”和“47”型，對(duì)應(yīng)的相變溫度為5 ℃和8 ℃[23]；1982年Calor Group 公司發(fā)表的相變溫度為7.5 ℃凝膠化的Na2SO4·10H2O/NH4Cl/KCl的相變材料體系，稱(chēng)該種相變材料是Calotherm 7，并在美國(guó)已商品化[24]；瑞典Climator公司研制生產(chǎn)了一種名為C7的相變材料，其相變溫度為7 ℃，非常適合在空調(diào)蓄冷中使用[25]。

2022年世界杯將在多哈舉行，多哈氣溫白天高達(dá)50 ℃，晚上仍在30 ℃以上，因此多哈足球場(chǎng)館實(shí)施制冷項(xiàng)目來(lái)克服嚴(yán)酷的環(huán)境。該項(xiàng)目制冷系統(tǒng)配置有太陽(yáng)能集熱器、吸收式溴冷機(jī)組和相變儲(chǔ)能系統(tǒng)，相變儲(chǔ)能系統(tǒng)以相變溫度為6 ℃的水合鹽為介質(zhì)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由太陽(yáng)集熱器在高溫環(huán)境中收集太陽(yáng)能為溴冷機(jī)提供熱源驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生冷量，冷量由相變系統(tǒng)儲(chǔ)存起來(lái)，待需要時(shí)通過(guò)出風(fēng)口將冷風(fēng)引入場(chǎng)館，可以使場(chǎng)館溫度控制在27 ℃[26]。FRAID等[27]采用微膠囊技術(shù)封裝CaCl2·6H2O做相變材料制備相變儲(chǔ)熱地板，與普通地板相比，相變儲(chǔ)熱地板表面溫度波動(dòng)較小，熱舒適性較好。

在我國(guó)，華中師范大學(xué)和西藏太陽(yáng)能研究示范中心合作，以鹽堿湖泊里的芒硝等材料摻入添加劑，研發(fā)出太陽(yáng)能高密度儲(chǔ)熱相變材料。清華大學(xué)的張寅平等[3]開(kāi)展了將水合鹽相變材料應(yīng)用于墻體的一系列理論研究工作。阮德水教授課題組[28-30]對(duì)Na2SO4·10H2O等經(jīng)典無(wú)機(jī)水合鹽相變材料的相圖、成核因素、過(guò)冷度、能量存儲(chǔ)等應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行了全面探索。

劉應(yīng)江、羅飆[31]申請(qǐng)專(zhuān)利，發(fā)明了一種常規(guī)空調(diào)工況分布式相變儲(chǔ)能空調(diào)系統(tǒng)，相變材料可采用CaCl2·6H2O加入氯化鈣基其它添加劑的體系，這種常規(guī)空調(diào)工況分布式相變儲(chǔ)能空調(diào)系統(tǒng)比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)綜合節(jié)電費(fèi)用50%左右。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)有種熱袋，水合鹽作為其相變材料，相變溫度20 ℃左右，利用一塊金屬片作為成核晶種材料，當(dāng)用手?jǐn)D壓金屬片時(shí)，使它的表面成為晶體生長(zhǎng)中心，從而結(jié)晶放熱，再配備某些具有活血作用中藥袋，從而達(dá)到理療的作用，對(duì)于治療類(lèi)風(fēng)濕等疾病有一定的療效[32]。人們還利用水合鹽相變材料制備了坐墊，可以使人體在夏天獲得舒適的溫度，并且可以循環(huán)使用。

4 水合鹽相變儲(chǔ)能材料存在問(wèn)題的研究

研究者們發(fā)現(xiàn)，以水合鹽作為相變儲(chǔ)能材料的應(yīng)用過(guò)程中存在共性關(guān)鍵問(wèn)題，即過(guò)冷、相分離和對(duì)金屬容器的腐蝕性。針對(duì)這些共性問(wèn)題，研究者們也開(kāi)展了研究工作，提出了一些解決方法。

4.1 過(guò) 冷

過(guò)冷是指水合鹽相變儲(chǔ)能材料在從液相轉(zhuǎn)化成固相過(guò)程中，溫度降低至其相變溫度以下仍不發(fā)生相變，使其釋熱溫度發(fā)生變化，影響使用效果。目前，文獻(xiàn)報(bào)道的解決過(guò)冷的主要方法是添加成核劑和冷指法。

（1）添加成核劑 產(chǎn)生過(guò)冷現(xiàn)象的原因是大多數(shù)結(jié)晶水合鹽結(jié)晶時(shí)成核性能差所致，一般采用添加成核劑的方法來(lái)避免過(guò)冷，但尋找適合某種特定水合鹽的成核劑比較困難，有研究表明可選擇與該種水合鹽晶格參數(shù)相差15%以內(nèi)的物質(zhì)作為成核劑。

LANE[33]通過(guò)分析水合鹽的晶體結(jié)構(gòu)和計(jì)算晶格參數(shù)，確定幾種晶格參數(shù)較近的成核劑，通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較成核劑對(duì)過(guò)冷度的改善情況，推測(cè)出高效的成核劑，表3為其實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表3 幾種水合鹽相變材料較好成核劑

續(xù)表3

TELKES對(duì)Na2SO4·10H2O進(jìn)行了長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)研究，提出用硼砂作為Na2SO4·10H2O相變材料的成核劑，發(fā)現(xiàn)在封閉系統(tǒng)內(nèi)可使其過(guò)冷度降低到2 ℃以下。PILAR等[34]對(duì)MgCl2·6H2O的過(guò)冷現(xiàn)象進(jìn)行了研究，得出在MgCl2·6H2O中添加Mg(OH)2可以抑制該材料的過(guò)冷現(xiàn)象，而且也發(fā)現(xiàn)分別添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%和0.5%的SrCO3和Sr(OH)2幾乎可以完全抑制該材料的過(guò)冷現(xiàn)象。WADA等[35]研究表明Na4P2O7·10H2O有助于NaCH3COO·3H2O結(jié)晶。阮德水等[36]、文越華等[37]也開(kāi)展了用硼砂作為NaSO4·10H2O的成核劑的研究工作。劉棟等[38]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在室溫和冰水浴兩種冷卻環(huán)境下，鍶鹽都能有效降低CaCl2·6H2O體系的過(guò)冷度，還指出工業(yè)級(jí)中的雜質(zhì)會(huì)影響成核劑的成核作用，使材料的過(guò)冷度增加。FELLECHENFELD等[39]用SrCl2·6H2O做CaCl2·6H2O的成核劑。劉欣等[40]給3組Na2SO4·10H2O加入相同的成核劑硼砂和晶型改變劑六偏磷酸鈉，發(fā)現(xiàn)過(guò)冷度都較小。

（2）冷指法 冷指法是指預(yù)留一部分固態(tài)結(jié)晶水合物作為相變凝結(jié)核，用于引發(fā)相變[3]。這種方法能有效地解決過(guò)冷問(wèn)題，但其缺點(diǎn)是使用不方便、相變過(guò)程不能自發(fā)進(jìn)行、每次都需要人工操作[41]。

4.2 相分離

相分離是指水合鹽相變材料在熔化過(guò)程中形成一些無(wú)水鹽或低水合物，在被加熱到熔點(diǎn)以上，有些無(wú)水鹽（或低水合物）仍不能溶于其結(jié)晶水中，且會(huì)與水形成密度差而沉積到底部從而降低了水合鹽儲(chǔ)熱密度。目前解決相分離的方法有：①加入增稠劑或懸浮劑；②加入晶體結(jié)構(gòu)改變劑；③盛裝相變材料的容器采用薄層結(jié)構(gòu)；④搖晃或攪動(dòng)。

國(guó)外，BISWAS[42]對(duì)相分離問(wèn)題進(jìn)行了研究，在Na2SO4·10H2O中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的硼砂后，經(jīng)幾次熔化-凝固循環(huán)后的儲(chǔ)熱量就降為原先的 25%，若在加入硼砂的Na2SO4·10H2O中再加入適量的增稠劑活性白土，則在經(jīng)歷了許多次加熱冷卻循環(huán)后，儲(chǔ)熱容量仍能保持原先值的50%。RYU等[43]在水合鹽相變儲(chǔ)能材料中加入增稠劑（如活性白土、SAP、CMC），減小了水合鹽相變儲(chǔ)能材料的相分離問(wèn)題，在加入增稠劑的水合鹽相變材料中加入不同種類(lèi)成核劑，尋找最佳成核劑，其研究結(jié)果如表4所示。MARKS[44]用增稠劑（凹凸棒石黏土）來(lái)減小相分離的效應(yīng)。

國(guó)內(nèi)，文越華等[37]用羧甲基纖維素鈉作為增稠劑減小相分離現(xiàn)象；徐建霞等[45]、陳愛(ài)英等[46]也研究了增稠劑對(duì)相變儲(chǔ)能材料的相分離現(xiàn)象的抑制作用。表5列出了常用幾種水合鹽相變儲(chǔ)能材料的成核劑和增稠劑[46]。

4.3 對(duì)金屬容器的腐蝕性

為了加強(qiáng)在使用過(guò)程中的傳熱效果，一般選擇金屬材質(zhì)的容器對(duì)相變儲(chǔ)能材料進(jìn)行封裝。然而，水合鹽對(duì)金屬材料具有一定的腐蝕性，這也成為水合鹽相變儲(chǔ)能材料應(yīng)用過(guò)程中的一個(gè)共性問(wèn)題，LANE[7]、CABEZA等[47]、FARRELL等[48]、GARCíA- ROMERO等[49]、MORENO等[50]、SCHR?DER[51]、HEINE[52]、ZALBA等[53]、NAGANO等[54]和PORISINI[55]開(kāi)展了大量的研究工作，分別研究了特定的水合鹽相變儲(chǔ)能材料對(duì)不同型號(hào)的鋁、鋁合金、銅、不銹鋼、碳鋼等金屬材料的腐蝕性。本文將其部分研究結(jié)果列于表6。從表6中可以看出，大量水合鹽對(duì)金屬容器有腐蝕性，但不銹鋼對(duì)水合鹽相變材料的耐腐蝕性最優(yōu)；其次，鋁純度和碳鋼含碳量的不同材質(zhì)都會(huì)影響材料的耐腐蝕性。

表4 不同成核劑對(duì)水合鹽相變材料過(guò)冷度的影響

表5 常用幾種水合鹽相變材料的成核劑和增稠劑

表6 不同水合鹽相變材料對(duì)容器的腐蝕性

續(xù)表6

+耐腐蝕；-有腐蝕性；o無(wú)說(shuō)明

4.4 循環(huán)穩(wěn)定性

由于水合鹽相變儲(chǔ)能材料存在著過(guò)冷、相分離和對(duì)容器的腐蝕性等問(wèn)題，這些問(wèn)題造成了使用過(guò)程中穩(wěn)定性差，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的循環(huán)儲(chǔ)放熱后，相變儲(chǔ)能材料會(huì)出現(xiàn)逐漸失效的現(xiàn)象。

國(guó)外開(kāi)展水合鹽相變儲(chǔ)能材料循環(huán)穩(wěn)定性研究工作較早。ZALBA等[53]、RATHOD等[56]、FARID等[57]對(duì)水合鹽相變材料的長(zhǎng)期使用穩(wěn)定性進(jìn)行了研究；KENISARIN等[58]提出相變材料應(yīng)至少能夠循環(huán)1000次來(lái)檢驗(yàn)其應(yīng)用穩(wěn)定性；TELKS發(fā)現(xiàn)Na2SO4·10H2O相變材料的實(shí)驗(yàn)壽命最多達(dá)1000多次，并預(yù)測(cè)該相變材料可相變2000次；美國(guó)學(xué)者M(jìn)ARKS[59]發(fā)現(xiàn)隨著循環(huán)次數(shù)的增多，Na2SO4·10H2O的儲(chǔ)熱能力下降，且在Na2SO4·10H2O中加入成核劑硼砂和增稠劑活性白土經(jīng)多次循環(huán)后其相變潛熱還是下降將近50%；KIMURA等[60]對(duì)CaCl2·6H2O進(jìn)行了冷熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)含微過(guò)量水的CaCl2·6.11H2O（

LANE等[62]和PORISIM[55]發(fā)現(xiàn)CaCl2·6H2O冷熱循環(huán)次數(shù)能達(dá)到5000多次。PORISIM[55]對(duì)4種商業(yè)水合鹽PCM（CaCl2·6H2O、Na2SO4·10H2O、Na2SO4·1/2NaCl·10H2O、NaOH·3.5H2O）進(jìn)行了循環(huán)穩(wěn)定性的研究。NaOH·3.5H2O、Na2SO4·1/2 NaCl·10H2O分別在循環(huán)10次、300次后吸熱、放熱峰消失了；Na2SO4·10H2O在循環(huán)100次性能有所下降且能繼續(xù)循環(huán)2000次；CaCl2·6H2O的循環(huán)穩(wěn)定性最好，循環(huán)5650次仍具有吸熱、放熱峰。

國(guó)內(nèi)，方玉堂等[63]和胡季平[64]分別研究了NaCH3COO·3H2O、Na2SO4·10H2O在成核劑和增稠劑存在情況下的循環(huán)穩(wěn)定性較好，并分析了儲(chǔ)放熱失效的原因。

5 展 望

水合鹽相變儲(chǔ)能材料具有儲(chǔ)熱密度高、導(dǎo)熱系數(shù)大、相變溫度適中、低價(jià)易得等優(yōu)點(diǎn)，具有較好的應(yīng)用前景。國(guó)內(nèi)外對(duì)水合鹽相變儲(chǔ)能材料開(kāi)展了大量的研究工作，為其應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)。然而，水合鹽作為相變儲(chǔ)能材料，仍存在過(guò)冷、相分離和對(duì)金屬容器的腐蝕性問(wèn)題。雖然許多學(xué)者對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了大量的研究工作，也提出了不同的解決方法，卻沒(méi)有完全成功解決這些問(wèn)題。

在水合鹽相變材料的實(shí)際應(yīng)用中，除了考慮相變溫度和相變焓兩個(gè)主要問(wèn)題，其過(guò)冷、相分離及循環(huán)穩(wěn)定性問(wèn)題的研究和解決還需要突破，固-液相變過(guò)程有液體產(chǎn)生必須要有容器或其它封裝形式封裝，并考慮其腐蝕性和對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題等。此外，在機(jī)理研究方面，水合鹽相變材料的過(guò)冷、相分離問(wèn)題及復(fù)合相變材料與相圖的結(jié)合研究仍需要完善與加強(qiáng)。

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Salt hydrate based phase change materials for thermal energy storage—A review

1,2,1,1,1,2,3,1

(1National Engineering Laboratory for Hydrometallurgical Cleaner Production Technology, Key Laboratory of Green Process and Engineering, Institute of Process Engineering, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China;2State Key Laboratory of Heavy Oil Processing, College of Chemical Engineering, China University of Petroleum, Beijing 102249, China;3Key Laboratory of Salt Lake Resources Chemistry of Qinghai Province, Qinghai Institute of Salt Lakes, Chinese Academy of Sciences, Xi'ning 810008, Qinghai, China)

Salt hydrates based phase change materials (PCMs) have a number of advantages such as high energy density, high thermal conductivity, moderate phase transition temperature and low price, making the materials promising candidates for numerous potential applications and hence a hot research topic over the past decade. This paper reviews and analyses the state-of-the-art development of the salt hydrate based PCMs and summarizes the progress in the thermophysical properties and applications of the materials. Main challenges in the industrial uptake of the salt hydrates based PCMs are supercooling, phase separation and corrosion. The progress and methods in resolving these challenges are discussed. Finally, recommendations are given for further research and applications of the salt hydrates based PCM.

salt hydrate; heat storage; phase change materials; stability; corrosion

10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0003

TB 34

A

2095-4239（2017）04-623-10

2017-01-11；

2017-04-18。

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“綠色建筑及建筑工業(yè)化”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)子課題（2016YFC0700905），江蘇省生態(tài)建材與環(huán)保裝備協(xié)同創(chuàng)新中心/鹽城工學(xué)院“用于建筑節(jié)能的高效相變保溫隔熱材料”項(xiàng)目（YCXT201609），柴達(dá)木鹽湖化工科學(xué)研究聯(lián)合基金項(xiàng)目（U1407105）。

孟令然（1990—），女，碩士研究生，主要研究方向?yàn)樗消}相變儲(chǔ)能材料，E-mail：lrmeng@ipe.ac.cn；

李建強(qiáng)，研究員，主要研究方向?yàn)橄嘧儍?chǔ)能材料與儲(chǔ)能過(guò)程，E-mail：jqli@ipe.ac.cn。