什么是相變材料？應用領域有哪些？分類及優缺點一覽

1、相變材料

相變材料(PCM-Phase Change Material)是一種由于溫度的變化導致物質狀態發生改變同時提供潛熱的物質。對于物質來說各向均勻同性的，確定不變的原子結構形態構成了物質的相。物質一般情況下會處于H種基本的狀態，固體、液體、氣體也就構成了物質蘭種最基本的相。在物質發生相變的過程中會伴隨著能量的變化，在這個過程中系統能量的變化導致物質原子結構所發生的改變稱為相變。生活中最常見且最典型的相變材料是水，水有三種不同的形態，即液態(水)，固態(冰)和氣態(水蒸氣)。

2、相變材料分類及優缺點

(1)根據相變形式和過程的不同，分為固-固、固-液、固-氣和液-氣相變材料

固-固相變材料主要包含無機鹽、多元醇以及交聯高密度聚乙烯這三類。固-固相變材料最大的優點就是相變過程所需容積較小，且不存在液相物質泄漏的問題，而且無毒害、無腐蝕、過冷度小、熱效率高，呈現出良好的應用前景。固-液相變材料通常有無機物相變材料和有機物相變材料這兩種，其優點就是較寬的相變溫度范圍、較大的相變潛熱和較低廉的成本。

(2)按照相變材料的成分不同又大致可分為有機類(包括高分子)相變材料和無機類相變材料

有機類相變材料以直鏈烷烴、脂肪酸、脂肪醇、多元醇以及高分子相變材料、層狀鈣鈦礦、高分子類聚合物等為代表。

優點：在固體狀態時成型性較好，不易出現過冷和分離現象，并且對材料的腐蝕性較小，性能比較穩定，毒性小，成本低

缺點：導熱系數小，導致對熱量變化的響應速度，密度較低、儲能能力較小，并且有機物一般熔點較低、不適與高溫場合

無機類相變材料又分為：熔融鹽類、合金類和復合類

熔融鹽類一股由堿金屬的氟化物、氯化物、硝酸鹽、碳酸鹽等組成，一般應用于中高溫領域，120~1000°C及以上?？梢詰糜谛」β孰娬?、太陽能發電、工業余熱回收等方面。

合金類相變儲熱材抖主要由單一金屬或多種金屬等組成的二元、三元或四元合金，在中高溫相變儲熱應用中，金屬材料的儲 熱性能占有明顯的優勢，且相變穩定性好、 性價比高、使用壽命長;但此類材料 密度較離和相變潛熱較低 ，導致其在對重量較敏感的儲熱領域關注度不高。

復合類相變材料可實現相變材料的微封裝以解決相變材料的相分離、導熱性能差、儲熱密度不高以及儲/釋熱性能的結構優化等問題;但微膠囊在實現較好的封裝效果的同時往往難以實現熱性能的提高。

3、相變材料應用領域及篩選原則

相變材料擁有儲熱(或儲能)的能力，而且清潔、無污染，被廣泛應用于建筑、服裝、制冷、航天、軍事、通訊以及電力等行業，一般來說，不是所有的相變材料都具備應用價值，實際應用領域對相變材料的性質有全面的要求：

(1)相變溫度合適;

(2) 相變潛熱要大一些;

(3)導熱性能要合適;

(4)性能穩定;

(5)良好的相變可逆性，過冷度小;

(6)符合環保要求;

(7)不易燃、易爆或氧化;

(8)較低的蒸氣壓;

(9)材料的密度大些，確保單位體積蓄熱密度大;

(10)較小的體積膨脹系數;

(11)原料易得、成本低廉。

來源：《環保公用行業：如何看待電力行業溫控熱管理“雙碳”加持儲能可期-210830(26頁).pdf》

《汽車零部件行業：熱管理行業需求升級千億市場空間值得期待-211109(22頁).pdf》