中國儲能網訊：相變儲能材料及相關技術被認為是新興的涉及材料和能源科學的交叉學科領域，其發(fā)展旨在解決能源在時、空尺度上不匹配的問題及提升能源使用效率。近日，中國科學院工程熱物理研究所傳熱傳質研究中心科研人員成功研制出一種新型微尺度儲能單元——相變微膠囊（Phase Change Microcapsules, PCMs）。該類新材料利用可控隔膜生長技術將微尺度球形殼材分隔成數個獨立腔室（圖1），各腔室可填充不同類型和含量的相變材料。這種微尺度調控手段極大地擴展了相變溫度范圍并可以有效解決固-液轉化時液相流動及泄露等問題。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數據尚不完備，相應的傳、蓄熱機理亦沒有形成。因此，開發(fā)適用這類新材料的熱物性表征方法和熱輸運機理成為迫切需要。
目前，科研人員針對這一新材料類別進行了較深入研究?？蒲腥藛T開發(fā)了針對PCMs的實驗表征技術和數值模擬方法，分別通過頻域3ω技術及量熱技術測量了不同密度PCMs相變溫度區(qū)間溫度下有效熱導率、吸熱系數和比熱。同時基于顯熱容法（圖2）模擬了PCMs的儲熱和放熱過程。實驗測量結果表明，PCMs的有效熱導率和吸熱系數在相變核材的相變溫度處達到峰值。另外，由于固相和氣相傳熱的耦合作用，PCMs的有效熱導率和吸熱系數隨著密度的增加而顯著增加。數值模擬結果表明，增加腔室數和提高腔壁材料的熱導率等兩種操控手段都能有效加快PCMs的傳、蓄熱過程，同時提升儲、釋熱過程的溫度均勻性。這類工作的研究結果為PCMs結構優(yōu)化設計奠定了基礎。
上述工作得到了國家自然科學基金重點項目（51336009）及“973計劃”子課題（2012CB933200）的支持。研究成果已經出版英文專著1章及在相變領域國際期刊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值模擬結構示意圖
圖3 多腔相變微膠囊儲熱過程的溫度分布數值模擬結果
圖4 多腔相變微膠囊釋熱過程的溫度分布數值模擬結果
