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探秘无机相变材料：储能领域的宝藏

文章来源：新能源网更新时间：2025-03-27 14:59:51

在全球环境污染和能源短缺的大背景下，寻找高效的能源存储与利用方式成为当务之急。今天，我们就来深入了解一下在热能存储领域发挥着关键作用的无机相变材料（PCMs），看看它是如何助力解决能源难题的！

一、无机相变材料：热能存储的 “新星”

为了解决环境污染和能源短缺问题，热能存储系统近年来备受关注，其中使用相变材料的潜热存储系统更是研究热点。无机相变材料凭借其相变温度范围广、潜热高、导热性好等优势，逐渐成为热能存储领域的 “新星”，广泛应用于建筑、太阳能发电、工业余热回收等多个领域。

二、无机相变材料的 “十八般武艺”

（一）中低温 “能手”：水合盐

水合盐是重要的中低温储能相变材料，熔点范围从几摄氏度到一百多摄氏度。不过，它存在过冷和相分离的问题。为解决这些问题，研究人员想了很多办法。比如，添加成核剂和增稠剂。像在醋酸钠三水合物（SAT）中添加特定比例的十二水合磷酸氢二钠（DSP）和成核剂、羧甲基纤维素（CMC）作增稠剂，能降低过冷度，防止相分离。同时，添加膨胀石墨（EG）等导热促进剂，能提高其导热性。此外，封装水合盐也是改善性能的有效途径，不仅能抑制过冷和相分离，还能提高热稳定性和可靠性。

（二）中高温 “担当”：熔盐和金属（合金）

熔盐包括氯化物、硝酸盐、碳酸盐等，常被用作高温相变材料。但纯熔盐存在泄漏、导热性低等问题，所以通常会对其进行改性。研究人员会使用硅藻土、径向介孔二氧化硅等作为支撑材料防止泄漏，添加石墨、CuO 等提高导热性。其中，共晶熔盐因性能稳定更受青睐。不过，熔盐的腐蚀性问题也不容忽视，需要进一步研究解决。

金属和合金作为相变材料，具有导热性高、单位体积潜热大等优点，在高温储能方面表现出色。例如，铜球被封装后可作为高温相变材料，具有良好的热稳定性；Al-Si 合金等也被广泛研究应用。然而，金属和合金存在价格昂贵、易氧化、与其他材料兼容性差等缺点，限制了它们的大规模应用。

三、无机相变材料的 “黄金搭档”：换热器

换热器与相变材料结合，兼具换热和储热功能。不同类型的换热器与无机相变材料搭配，效果各异。管壳式换热器中，PCM 的熔化过程受表面体积比、传热流体速度等因素影响；翅片热管辅助换热器里，热管间距、翅片长度等会对系统性能产生作用；还有胶囊形换热器等，也在研究中展现出独特的性能。

四、无机相变材料的广泛应用

（一）太阳能发电的 “稳定器”

在聚光太阳能发电（CSP）中，无机相变材料能有效解决太阳能间歇性的问题。在伊朗的 Shiraz 太阳能发电厂，集成 PCM 后，整体火用效率大幅提升。还有一些新型太阳能发电系统，利用高温 PCM 和石墨等增强传热性能，实现 24 小时持续供电，为环保助力。

（二）太阳能热水器的 “好帮手”

传统太阳能热水器存在集热差、夜间热损失大等问题。将无机相变材料融入其中，能显著提升性能。比如，在热水储罐中添加 PCM 模块，可提高能量密度，延长热水保温时间。在太阳能集热器中使用 PCM，能增强集热效率，在夜间也能提供适宜温度的热水。

（三）工业余热回收的 “节能利器”

工业生产会产生大量余热，热能存储系统可以解决余热回收中的时间和地理不匹配问题。像在钢铁工业中，集成高温 PCM 的蒸汽发生器能有效回收余热，减小设备尺寸，增加发电量。同时，使用 NaOH 等 PCM 的潜热存储系统，相比传统系统，具有更高的储热密度和更低的能耗及排放。

（四）建筑节能的 “新希望”

在建筑领域，无机相变材料可用于调节室内温度，降低建筑能耗。将其融入建筑围护结构，如墙壁、屋顶等，能减缓温度波动，提高舒适度。例如，在混凝土墙中添加相变材料，可降低内表面峰值温度；在石膏板中加入 PCM，能延长升温时间，提高建筑的热稳定性。

总结与展望

无机相变材料在热能存储领域表现出巨大的潜力，但目前对其腐蚀性等性能的研究还相对较少，理论研究与实际应用也存在一定差距。未来，需要进一步深入研究无机相变材料的各种性能，加强理论模型在实际操作中的验证，让无机相变材料更好地服务于能源存储与利用领域，为解决全球能源问题贡献更大的力量

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