时讯：微胶囊相变材料：储能调温显身手

相变材料是一种利用材料在相态（物理状态）转变过程中，伴随大量吸收或释放潜热而进行储能/释能的新型复合材料。

(资料图)

宇田相变材料实验室 杜兔平/供图

水与冰的转换是一个最典型的相变过程的例子。当温度低至0℃时，水由液态变为固态（结冰）；当温度高至0℃时水由固态变为液态（溶解）。在结冰过程中吸入并储存了大量的冷能量，而在溶解过程中吸收大量热能量。相变材料在相态发生变化时，自身温度几乎维持不变，而吸收或释放的潜热巨大。单位质量/体积储热量是热水的4～6倍、热油的7～8倍，蓄冷量是冷水的10～13倍。

微胶囊相变材料特性

相变材料储热密度大，是显热储能的4～13倍，具有储热温度适配性强（-52～350℃），充放热温度恒定，充放热效率高（平均95%以上），安全性高（储热温度适中、材料对环境友好），循环寿命长（部分材料使用寿命超过30000次以上），使用成本低（度电成本仅为锂电池的10%～20%）的特点。

为保证相变材料的稳定性和使用年限，利用纳米乳化和切割技术，将相变材料切割分散成300～500nm微颗粒，然后利用化学沉积法、物理化学法、溶胶-凝胶法等微胶囊包覆技术，将微量相变材料包封在500nm～5μm的微球中，材料在微胶囊内进行相态变化；也可采用物理封装技术，将相变材料封装到0.001～100m³的容器中，材料在容器内进行相态变化。

相变材料大有可为

未来建筑将向节能建筑、绿色建筑和零能耗建筑等形态发展，越来越多的储能材料将会应用到建筑材料中。利用微胶囊技术，将其植入到水泥、砂浆、油漆、吊顶板等建材中，让材料在使用过程中起到储能调温作用。例如，在建筑材料中植入23℃相变材料时，当环境温度超过25℃，它就吸收热量，达到室内降温；当环境温度低于20℃时候，它就开始释放热量，达到保暖效果。

工业低品位余热余压的二次梯级利用和绿色能源的充分使用，能够在很大程度上助力“双碳”目标的实现。两种能源的特点是分散、间歇、不稳定，因此“源-网-荷-储”是新形势下的必然，储能将占到未来能源系统中四分之一的份额和位置。

相变储热/蓄冷技术是一种高效储能技术，即在电价较低时（用电低谷期），采用电制热/冷机进行制热/冷，将热量/冷量以相变潜热的方式储存起来；在电价较高时（用电高峰期），再把储存的热/冷量以相变凝固/溶解的形式释放出来，进而满足负荷侧对热/冷量的需求，实现用电负荷的“移峰填谷”，完成能源在时间和空间上的转移，为电厂和用户降本增效。

可储热亦可储冷

利用不同温度段的相变材料，把不同品类的工业余热、风电等新能源吸收储存，实现空间和时间上的转移和匹配，长效储热/储冷将为碳中和贡献重要力量。

此类材料目前已应用于羽绒服中，即在羽绒服中植入相变调温的材料，可以让羽绒服更轻薄的同时兼具更优的保暖性能。目前大部分羽绒服所使用的面料虽然能起到御寒效果，但在室内会燥热，室外又容易迅速变凉，应用相变材料后，它能在环境燥热情况下吸收多余温度，达到体内降温效果，在环境变冷情况下释放多余温度，起到保暖效果。

相变储能热管理材料和功能性微胶囊，以低、中、高各温度段的相变储能材料为基础，以纳微型、小型、中型、大型、复合型相变储能/调温/控温单元/装置/系统为依托，在电能移峰填谷（源网荷）、工业余热回收利用、绿色节能建筑（零能耗建筑、被动房）、电器、电子产品，电池热管理（动力电池、5G基站、储能电站），精准冷藏、冷链、保鲜，军事和消防设施冷热管理，道路抗冰融雪，天然气（LNG）液化和汽化过程中热能和冷能梯级储存利用，生活热管理（智能调温生活用品），人体热舒性管理（智能控温穿戴）等领域将提供一系列的技术产品和应用解决方案。

在“双碳”目标的引领下，相变材料将充分发挥其特性而被应用于更多领域更多场景。

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