相变材料 / Phase Change Material (PCM)
Definition
利用物质相变过程(固-液、液-气、固-固)吸收 / 释放大量潜热的热能存储材料,储能密度比显热高 5-10 倍。
分类
| 类型 | 相变 | 温度范围 | 应用 |
|---|
| 固-液 PCM | 固体融化吸热 | -50℃ ~ +100℃ | 主流 |
| 液-气 PCM | 蒸发 / 冷凝 | — | 不实用(气体体积太大) |
| 固-固 PCM | 晶型转变 | 0℃ ~ +50℃ | 特殊应用 |
主流固-液 PCM
| 材料 | 相变温度 | 潜热 (kJ/kg) | 应用 |
|---|
| 水 / 冰 | 0℃ | 334 | 冰蓄冷 |
| 石蜡 | -10℃ ~ +70℃ | 150-250 | 建筑蓄热 / 电池热管理 |
| 盐类(水合盐) | 5℃ ~ 80℃ | 150-300 | 蓄热 |
| 共晶盐 | 可定制 | 200-300 | 紧凑蓄冷 |
| 月桂酸 | 42-44℃ | 178 | 建筑墙体 |
| 癸酸 | 30-32℃ | 153 | 建筑 |
| RT 系列(石蜡基) | 18-28℃ | 200-250 | 电池热管理 |
关键参数
- 相变温度 T_m
- 潜热 h(kJ/kg)
- 比热容 c(kJ/(kg·K))
- 导热系数 λ(W/(m·K))—— PCM 普遍低(0.2-0.5)
- 过冷度(supercooling)
- 循环稳定性(千次循环后衰变)
- 封装:微胶囊 / 板状 / 块状
挑战
| 挑战 | 影响 | 解决方向 |
|---|
| 导热系数低 | 充放能速率慢 | 加石墨 / 金属翅片 / 翅片管 |
| 过冷 | 实际相变温度低于 T_m | 加成核剂 |
| 液体泄漏 | 固-液 PCM 融化后流动 | 微胶囊化 |
| 循环稳定性 | 多次循环后性能下降 | 选稳定配方 |
在 HVAC / 储能的应用
- 建筑围护结构蓄热:相变墙体、地板
- 冰蓄冷空调:冰球 / 冰盘管
- 电池热管理:电动车 / 数据中心电池
- 太阳能储热:光热电站
- 冷链运输:相变蓄冷块
- 纺织:调温纤维
Referenced In
蓄能 冰蓄冷 k11 k16
Notes
PCM 是 TES 技术的未来,但导热系数低是硬伤。研发关注:纳米复合 PCM + 微胶囊技术 + 封装稳定性。
See Also