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最美宇田相变材料发明人杜兔平

来源:本站   发布时间: 2023-03-06 08:49:57   浏览:429次   [大] [中] [小]

 (最美中国媒体报道讯) 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。

  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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