V=V0[1+ßT]，ß为膨胀系数。
29 30
5
2013-11-21
储热材料与相变
对于相变储热材料的性能要求（2）
在相变过程中不应发生熔析现象 应为可逆相变，性能稳定，具有 恒定的融化及固化温度 无毒性 与容器材料相容 不易燃 较快的结晶速度和晶体生长速度
储热材料与相变
晶态
储热材料与相变
多晶现象（polymorphism）
两种或两种以上的晶体同时存在的现象。
非晶态（amorphous）
非晶、不定形固体可视为过冷液体。这类PCM不象晶 体状固体那样有明显的相变温度，玻璃、凡士林为典 型例子。一般称为玻璃态。
23
经典的固体理论将固体物质按其原子聚集状态分为晶态和非晶 态两种类型。晶体学分析得出：晶体中原子呈有序排列，且具 有平移对称性，晶体点阵中各个阵点的周围环境必然完全相同， 故晶体结构只能有1，2，3，4，6次旋转对称轴，而5次及高 于6次的对称轴不能满足平移对称的条件，均不可能存在于晶 体中。 近年来由于材料制备技术的发展，出现了不符合晶体的对称条 件，但呈一定的周期性有序排列的类似于晶态的固体, 1984年 Shechtman等首先报道了他们在快冷A186Mn14合金中发现具 有 5次对称轴的结构。于是，一类新的原子聚集状态的固体出 现了，这种状态被称为准晶态（quasicrystalline state），此 固体称为准晶（quasicrystal）。准晶态的出现引起国际上高 度重视，很快就在其他一些合金系中也发现了准晶，除了5次 对称，还有8，10，12次对称轴，在准晶的结构分析和有关理 24 论研究中都有了进展。
理想气体 范德瓦尔斯方程
PV nRT RT
a P 2 V b RT V
范德瓦尔斯气体
11

12
2
2013-11-21
储热材料与相变
当物质分子热运动动能远小于分子间的相互作用 势能时, 分子力作用上升到主要地位, 分子运动降 到次要地位, 组成物质的粒子(分子、原子或离子) 只能在各自的平衡位置附近作微小振动,这就是 物质的固态 处于固态的物质称为固体。 物质的固态。处于固态的物质称为 相可定义如下:
吸湿（hygroscopic）
物质吸收并保持环境中的水分的特性。吸收水分后， 物质的一些性质会有所改变。 该物质易溶于水，吸湿与蒸汽压有关，溶液的蒸汽压 低于纯水的蒸汽压，浓盐水和稀盐水（吸收式制冷）。
热性能要求
体积膨胀系数（coefficient of volume expansion）
4
2013-11-21
非晶态
储热材料与相变
腐蚀性（corrosion）
储热材料与相变
非晶态固体与液态一样具有近程有序而远程无序的 结构特征。非晶态固体宏观上表现为各向同性，熔 解时无明显的熔点，只是随温度的升高而逐渐软化， 粘滞性减小，并逐渐过渡到液态。非晶态固体又称 玻璃态 可看成是粘滞性很大的过冷液体 晶体的 玻璃态，可看成是粘滞性很大的过冷液体。晶体的 长程有序结构使其内能处于最低状态 ，而非晶态固 体由于长程无序而使其内能并不处于最低状态 ，故 非晶态固体是属于亚稳相，向晶态转化时会放出能 量。常见的非晶态固体有高分子聚合物、氧化物玻 璃、非晶态金属和非晶态半导体等。
19 20
储热材料与相变
固固相变
储热材料与相变
季戊四醇
季戊四醇粉尘在空气中的浓度达30g/m3以上时，能与 空气形成爆炸性混合物，当超过400℃时发生爆炸。 故宜贮存在阴凉、干燥、通风处，防潮、防火。按一 般化学品规定贮运 般化学品规定贮运。 物化性质
白色粉末状结晶。密度1.395g/cm3。熔点261～262℃。 沸点(4kPa)276℃。燃点＜370℃。气化热＜92kJ/mol， 升华热131.5kJ/mol。 易被一般有机酸酯化，与稀烧碱溶液同煮无反应。15℃ 时1g溶于18mol水。溶于乙醇、甘油、乙二醇、甲酰胺。 不溶于丙酮、苯、四氯化碳、乙醚和石油醚等。
17 18
储热材料与相变
相变图
3
2013-11-21
储热材料与相变
固液相变
固体点阵排列对应于势 能最小，固体吸热之初， 温度升高 ，固体 粒子能 量增加到 一定程 度（熔 点）可摆 脱束缚 ，点阵 结构解体 ，从而 固体变 为液体。 温度不 变是因 为吸收的 热几乎 全部用 于增加相互作用能。
6
储能、储能技术与应用 储热技术基础 储热材料与相变 新型相变储热材料基础及应用
5
1
2013-11-21
第三章 新型储热材料
储热材料与相变
储热材料相变储能的本质体现在不同相时其具有 的焓是不同的，热力学中的相变热是相变过程中 末态与初态的焓差（相变焓） 描述相变材料(Phase Change Material，PCM) Material PCM) 的相变特性需要借助于材料的相图，即材料的相 与温度、压力及组分的关系图
储能技术的评价指标：储能密度、储能功率、蓄 能效率、储能成本、环境影响
4
3
第三章 新型储热材料
储热技术基础
储热的意义：尽管热能是一种低品位能源，但其在 人类所利用的全部能源中占60% 蓄热的三种主要方式：显热蓄热、潜热蓄热和化学 反应热蓄热； 潜热蓄热的优点：
利用蓄热材料发生相变而储热 储能密度高，装置体积小、热损失小 过程等温或近似等温，易与运行系统匹配
14
13
储热材料与相变
在一定条件下，物质不同相之间的相互转变叫做相变。 如果系统中各相经历很长时间而不互相转化，则是处 于平衡状态。实际上相平衡是一种动态平衡，从系统 内部来看，分子或原子仍在相界处不停地转换，只不 过同一时间内各相之间的转化速度相同。 相变是有序和无序两种倾向相互竞争的结果。相互作 用是有序的起因，热运动是无序的来源。在热力学理 论中表现为U和ST的消长。在缓慢降温的过程中，每 当温度降低到一定程度，以致热运动不再能破坏某种 特定相互作用造成的有序时，就可能出现新相。
指金属与环境或其它材料发生的化学或电化学反应。 按照GB/T 15555.12制备的浸出液或水溶性液态废 物的pH值≥12 5 或者≤2 0 则该废物是具有腐 物的pH值≥12.5，或者≤2.0，则该废物是具有腐 蚀性的危险废物； 非水溶性液态废物在55℃条件下，对GB/T 699中 规定的20号钢材的腐蚀速率≥6.35mm/a，则该废 物是具有腐蚀性的危险废物；
21 22
储热材料与相变
硫氰化铵固固相变
储热材料与相变
相关术语
晶态（crystal）
晶体最本质的特点是原子或离子，以周期性重复方式 在三维空间作有规则的排列。 固体中的原子或分子有序的空间排列状态，每个晶体 有相同的几何结构 相应的晶面间有相同夹角 晶体 有相同的几何结构，相应的晶面间有相同夹角，晶体 结构可用X-射线、电子、中子衍射仪分析。
对于相变储热材料的性能要求（3）
低蒸汽压 体积膨胀率较小 密度较大 原材料易购。价格便宜
化学性能 要求
化学性能 要求 经济性 要求
31
32
储热材料与相变
相变材料的热物性
热导率 比热容 膨胀系数 相变潜热 相变温度
储热材料与相变
克拉贝龙方程
相变过程伴随明显的热量释放或吸收
dp H dT T V
自由能方程
两种参数的相互作用
F U ST
9 10
储热材料与相变
描述物质状态的三个基本参数不是相互独立的。
储热材料与相变
F ( P,V , T ) 0
这就是物质的状态方程
理想气体 CO2实验等温线
2013-11-21
第三章 新型储热材料
新能源材料
New Energy Materials 主讲教师：黄建兵
西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室
储能、储能技术与应用 储热技术基础 储热材料与相变 新型相变储热材料基础及应用
1
E-mail: huangjb@ M.P.: 15829636153
毒性测试试验 毒性测试试
第一阶段——急性毒性试验： 第二阶段——致突变试验、亚急性毒性试验 第三阶段——亚慢性毒性试验、致畸试验、生殖毒性试验 和迟发性神经毒性试验： 第四阶段——慢性毒性试验、致癌试验、代谢试验和接触 人群的观察：
27
熔点、溶点 冰点（freezing point）、熔点（melting point）
LOGO
2
储能、储能技术及应用
储能，又称蓄能，是指使能量转化为在自然条件 下比较稳定的存在形态的过程；
自然储能 人为储能
储能、储能技术及应用
储能技术的分类 储能技术的应用
防止能量品质的自动恶化 改善能源转换过程的性能 方便经济地使用能量 降低污染、保护环境
储能技术，为了弥补在能源开发、转换、运输和 利用过程中，在能量的供应和需求之间所存在的 数量上、形态上和时间上的差异，有效地利用能 源，采取储存和释放能量的人为过程或技术手段
热力学第二定律是研究系统平衡条件的基本依据 吉布斯相率在相图分析中是储热材料遵循的最基 本规律
8
储能、储能技术与应用 储热技术基础 储热材料与相变 新型相变储热材料基础及应用
7
储热材料与相变
相变现象
1.固体 液体 凝固与融化 冰雪融化、盐碱溶化、金属熔化、溶液结晶 2.液体 气体 沸腾，凝结 3.固体 气体 结霜、樟脑挥发 4.固体 固体 马氏体与奥氏体
储热材料与相变
“相是系统中均匀的与其他部分有界面分开的部分。”
所谓均匀的，是指这部分的成分和性质从给定 范围或宏观来说是相同的 或是以 种连续的 范围或宏观来说是相同的，或是以一种连续的 方式变化，也就是没有突然的变化。一个多相 系统是不均匀的，在相界处有物理性质或化学 性质或两者兼有突变。例如，在一个包含有冰 和水的两相系统中，其物理性质在相界面处有 突然变化。