中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：相變儲(chǔ)能材料及相關(guān)技術(shù)被認(rèn)為是新興的涉及材料和能源科學(xué)的交叉學(xué)科領(lǐng)域，其發(fā)展旨在解決能源在時(shí)、空尺度上不匹配的問(wèn)題及提升能源使用效率。近日，中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所傳熱傳質(zhì)研究中心科研人員成功研制出一種新型微尺度儲(chǔ)能單元——相變微膠囊（Phase Change Microcapsules, PCMs）。該類新材料利用可控隔膜生長(zhǎng)技術(shù)將微尺度球形殼材分隔成數(shù)個(gè)獨(dú)立腔室（圖1），各腔室可填充不同類型和含量的相變材料。這種微尺度調(diào)控手段極大地?cái)U(kuò)展了相變溫度范圍并可以有效解決固-液轉(zhuǎn)化時(shí)液相流動(dòng)及泄露等問(wèn)題。PCMs的熱物性直接決定了其傳蓄熱性能，然而，這類新材料的傳蓄熱參數(shù)數(shù)據(jù)尚不完備，相應(yīng)的傳、蓄熱機(jī)理亦沒(méi)有形成。因此，開(kāi)發(fā)適用這類新材料的熱物性表征方法和熱輸運(yùn)機(jī)理成為迫切需要。
目前，科研人員針對(duì)這一新材料類別進(jìn)行了較深入研究?？蒲腥藛T開(kāi)發(fā)了針對(duì)PCMs的實(shí)驗(yàn)表征技術(shù)和數(shù)值模擬方法，分別通過(guò)頻域3ω技術(shù)及量熱技術(shù)測(cè)量了不同密度PCMs相變溫度區(qū)間溫度下有效熱導(dǎo)率、吸熱系數(shù)和比熱。同時(shí)基于顯熱容法（圖2）模擬了PCMs的儲(chǔ)熱和放熱過(guò)程。實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果表明，PCMs的有效熱導(dǎo)率和吸熱系數(shù)在相變核材的相變溫度處達(dá)到峰值。另外，由于固相和氣相傳熱的耦合作用，PCMs的有效熱導(dǎo)率和吸熱系數(shù)隨著密度的增加而顯著增加。數(shù)值模擬結(jié)果表明，增加腔室數(shù)和提高腔壁材料的熱導(dǎo)率等兩種操控手段都能有效加快PCMs的傳、蓄熱過(guò)程，同時(shí)提升儲(chǔ)、釋熱過(guò)程的溫度均勻性。這類工作的研究結(jié)果為PCMs結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（51336009）及“973計(jì)劃”子課題（2012CB933200）的支持。研究成果已經(jīng)出版英文專著1章及在相變領(lǐng)域國(guó)際期刊Phase Transitions: A Multinational Journal，2015，88（7）：704-715上發(fā)表。
圖1 相變微膠囊（Phase Change Microcapsules, PCMs）
圖2 多腔相變微膠囊的數(shù)值模擬結(jié)構(gòu)示意圖
圖3 多腔相變微膠囊儲(chǔ)熱過(guò)程的溫度分布數(shù)值模擬結(jié)果
圖4 多腔相變微膠囊釋熱過(guò)程的溫度分布數(shù)值模擬結(jié)果
