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潛熱儲能系統（LHSs）作為一種高效的儲能技術，在低耗能期間儲存過剩熱能方面展現出巨大潛力。其核心原理是利用相變材料（PCMs）在相變過程中吸收或釋放大量潛熱，從而實現能量的存儲和釋放。與顯熱儲能相比，潛熱儲能具有儲能密度高、溫度恒定、儲能容量大等顯著優勢，是實現能源供需平衡、提高能源利用效率的重要途徑。

（1）相變材料的選則標準

然而，潛熱儲能系統的性能在很大程度上取決于所選用的相變材料。PCMs 的選擇需要綜合考慮熱物理性質、物理性質、化學性質以及經濟性等多個因素：

1.熱物理性質：

• 合適的相變溫度，以確保材料能夠在目標溫度范圍內有效工作。

• 高潛熱和相變焓，以實現更高的儲能密度。

• 高熱導率和比熱容，以提高充放熱速率和儲能容量。

2.物理性質：

• 良好的相平衡性，以避免相分離問題。

• 高密度和體積變化小，以簡化儲能單元設計。

• 低蒸氣壓，以減少材料損失和環境污染風險。

• 共熔熔化特性，以防止材料在循環過程中發生不可逆的相分離。

3.化學性質：

• 化學穩定性，以確保材料在長期使用過程中不發生降解。

• 與容器材料的相容性，以避免腐蝕和材料失效。

• 無毒、無易燃性，以確保使用安全。

4.經濟性：

• 原材料易得，成本低廉，以提高儲能系統的經濟可行性。

（2）無機相變材料的優勢與挑戰

無機相變材料 (Inorganic PCMs) 因其優異的熱物理性能，在潛熱儲能領域備受關注。與有機相變材料相比，無機 PCMs 具有以下優勢：

• 高熱導率：無機 PCMs 的熱導率普遍高于有機 PCMs，這有利于提高儲能系統的充放熱速率。

• 高儲能容量：無機 PCMs 的儲能密度通常高于有機 PCMs，這意味著在相同體積下可以儲存更多的能量。

• 工作溫度范圍廣：無機 PCMs 的工作溫度范圍更寬，適用于中高溫應用，而有機 PCMs 在高溫下易分解或揮發。

然而，無機 PCMs 也存在一些缺點：

• 腐蝕性問題：鹽類和鹽水合物等無機 PCMs 對金屬容器具有腐蝕性，會影響儲能系統的使用壽命和穩定性。

• 相分離問題：鹽類和鹽水合物在相變過程中容易發生相分離，導致儲能容量下降。

• 過冷現象：鹽類和鹽水合物容易出現過冷現象，影響儲能系統的性能。

• 體積變化：鹽類和鹽水合物在相變過程中體積變化較大，需要優化材料組成和結構設計。

（3）克服無機 PCMs 缺點的技術手段

為了克服無機 PCMs 的上述缺點，研究人員開發了多種技術手段：

• 添加成核劑：通過添加成核劑可以有效抑制過冷現象，提高材料的熱循環穩定性。

• 微膠囊化技術：微膠囊化可以有效防止材料泄漏和相分離，并提高材料的循環穩定性和傳熱性能。

• 多孔材料支撐：將無機 PCMs 分散到多孔材料（如金屬泡沫、膨脹石墨）中，可以提高材料的導熱性，并解決液體泄漏問題。

• 熱管技術：熱管具有高導熱性，可以有效提高無機 PCMs 的傳熱性能。

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（4）無機相變材料的應用領域

無機 PCMs 在以下領域展現出廣闊的應用前景：

• 建筑節能：應用于墻體、地板等建筑材料，實現溫度調節，降低能耗。例如，利用無機相變材料的高熱導率和儲能密度，可以在白天吸收太陽能并在夜間釋放熱量，從而減少空調的使用。

• 工業余熱回收：用于回收工業生產過程中產生的余熱，提高能源利用效率。例如，在鋼鐵廠中，可以利用無機相變材料回收高溫廢氣中的余熱，用于加熱水或其他工藝過程。

• 太陽能熱利用：與太陽能集熱器結合，提高太陽能利用效率。例如，將無機相變材料集成到太陽能熱水器中，可以在白天吸收太陽能并在夜間釋放熱量，提供持續的熱水供應。

• 航空航天：用于航天器熱控系統，保障設備正常運行。例如，在衛星上使用無機相變材料作為熱控材料，可以在太陽照射時吸收熱量并在陰影區釋放熱量，保持設備的溫度穩定。

  
  

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