液態金屬在儲熱領域的應用

       液態金屬（圖1）是一類常溫下呈液態狀態的低熔點合金，又稱低熔點金屬，主要有鎵基合金、鉍基合金及其衍生金屬材料。液態金屬具有優異的導熱、導電性，而且性質穩定、常溫下不與空氣和水反應，不易揮發、無毒。作為相變材料，液態金屬從固態到液態相變過程中金屬鍵被破壞，所需的能量比其他非金屬相變材料大，即體積相變潛熱大。因此，液態金屬尤其適用于對控溫精度要求高、熱流密度高、體積受限、均溫效果及對可靠性要求高的場合，廣泛應用于太陽發電、余熱回收、電子器件熱管理領域。

1.太陽能發電應用

       近年來液態金屬及其合金(合金熔點溫度更低)在太陽能發電領域已成為最具競爭力的能量載體之一。與傳統的熔鹽儲能（圖2）相比,液態金屬使用溫度范圍大(最高可達1000℃) ,化學穩定性好,溫度上限對儲能限制小,熱導率和傳熱效果在同等條件下(如300℃ )為熔鹽的十倍,具有優越的儲熱能力。因此,采用液態金屬及合金作為儲能介質，能夠代替傳統的導熱油、熔鹽的介質,對于提高太陽能儲能電站的經濟性具有重要意義。

       作為一種新型儲能電池，液態金屬電池是液態金屬在太陽能領域應用的另一種方式。液態金屬電池（圖3）具有液態金屬電極，通過液態金屬的氧化還原反應，實現化學能和電能的相互轉化，具有低成本、長壽命、高電流密度、高能量效率等特點。液態金屬電池儲能的太陽能光熱發電系統能夠實現液態金屬電池儲能與太陽能光熱發電的結合，同時實現對太陽能進行平穩持續的利用。

2.余熱回收應用

       當前在鋼鐵、冶金、石油、化工、電力等行業中,存在著豐富的煙氣余熱資源。如果直接將煙氣排放到大氣當中，將會造成能源浪費和環境污染,余熱回收利用可有效解決這些問題。煙氣余熱回收多采用換熱器加熱空氣、水等方法進行熱能回收。但是以水或者空氣作為傳熱介質，存在傳熱效率低、易堵塞，維護不方便、體積大、使用壽命短等問題,在使用上受到一定限制。中國科技人員設計了一種基于液態金屬傳熱的煙氣余熱回收系統，如圖4所示。該系統采用液態金屬作為傳熱介質,由于液態金屬具有遠高于非金屬流體如水、空氣乃至其他液體的熱導率,因而將其作為傳熱流體時，可以加快熱循環和余熱回收的效率，并可以由較小的體積實現較好的散熱效果,且不受安裝位置限制。此外,采用不同的液態金屬可以用于回收不同溫度的余熱,并且可以實現顯熱和潛熱的同時回收。液態金屬的導電性也決定了它可以采用無運動部件的電磁泵來驅動。而且，系統內液態金屬進行封閉循環，不會對環境造成影響。使用該系統可以實現高效、靈活、可靠、低耗的運行。

3.電子器件熱管理應用

       液態金屬可用于芯片熱沖擊防護和中低溫區間的熱能儲存。芯片或電子器件的熱控應用主要包括智能手機和高密度移動硬盤等間斷性使用的設備。中國科研人員提出采用液態金屬鎵作為理想的相變材料來調節智能手機的溫度，設計實驗研究對比無相變材料和分別填充石蠟、正十二烷、十水硫酸鈉、液態金屬鎵容器五種工況下，智能手機降溫的溫度變化和保溫時間。實驗裝置如圖5所示。將填充有相變材料的容器與CPU芯片的加熱器采用導熱硅連接，用導線連接加熱器和直流電源。液態金屬在熔化或凝固過程中交換的大量潛熱，為移動電子設備提供了一種高效、智能的調溫效果，如何改善液態金屬的過冷度是目前面臨的重要挑戰。

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