储能材料基本特性.ppt

1、第2章储能材料的基本特性,2.1 相变的焓差（H） 2.2 相平衡特性 2.3 相变过程的特性 2.4 气体水合物的特性 2.5 水的特性 2.6 冰的特性 2.7 水合盐的特性,第2章储能材料的基本特性,2.8 高分子储能材料的特性 2.9 储能材料的热物性及测定方法 2.10 储能材料的遴选原则 2.11 常用材料的储能特性对比,对于不同的能源都有相应的储能材料及技术与之对应，电能有电池、电磁场等；机械能有飞轮、压缩空气等；热能有显热、潜热储能材料等。本章主要对相变储能材料的一些特性进行说明，其他储能材料不在此展开。,2.1 相变的焓差（H）,相变储能材料其储能的本质体现在不同相时其具有的

2、焓是不同的。 热力学中把U+pV两项合并为一项。以H表示之，称为焓，即 H=U+pV 焓的微小变化可以写成 由于U、p、V都是状态参数，所以焓也是工质的一个状态参数。对于一定状态工质，U、p、V都有确定的值，焓的值也就随之而定。质量为m的工质焓H，单位为J或kJ。 1kg工质的焓称为比焓，用h表示，单位为J/kg或kJ/kg。,热力学能是工质本身所具有的能量，推动功pv则是随工质流动而转移的能量，因此焓代表工质流入（或流出）开口系时传入（或传出）系统的能量。由于热力工程中常碰到工质连续不断流过热力设备的情况。随工质流动而转移的能量中，取决于工质热力状态的部分是焓不是热力学能，因此焓的应用比热力

3、学能更广泛。 工质的焓和热力学能一样，无法测定其绝对值。在热工计算中关心的是两个状态间焓的变化，因此， 选取某一状态的焓值为零作为汁算基准。 在状态变化的过程中，工质的焓变量为：,相变是物质的聚集状态发生变化，通常有液体气化-气体冷凝、固体熔化和液体凝固，此外还有升华、凝华和固体的晶形转变。一般情况下，相变过程是在等温等压下进行的。相变热属于没有非体积功时的等压热，所以相变热是相变过程中末态与初态的焓差H，称为相变焓。例如水在373K、100kPa、2.34kPa下的H分别为2257J/g及2452J/g。 由于焓与温度和压力有关，所以相变焓与相变的温度和压力有关。但由于压力对于固体、液体和气

4、体的焓的影响都很小，在压力变化不很大的情况下可以忽略这种影响，所以相变焓也主要受温度影响。,由于焓是状态函数，可以从已知平衡温压条件下的相变焙求出相同状态下另一温度压力下的相变焓。,H2 和H4正负号相反，并且远远小于H3所以可以忽略。 这样就可以求出 这种在恒温恒压下发生的可逆相变化称为一级相变。还有另一类相变，与一级相变不同，在相变过程扣 V=0、 H=0,而热容C、压缩系数k、点膨胀系数等有变化，这类相变称为高级相变。,2.2相平衡特性,为了描述相变材料的相变特性，必须借助于相图。所谓相图即材料的相与温度、压力及组分的关系图。相图又称为组合图或平衡图，平衡图的意思是指物体在平衡状态下显示

5、的关系。这是一种理想情形，要达到平衡态，相变过程必须在无限长的时间内进行，实际上大多数情形中，能达到的只是一种近平衡态。 热过程是不可逆的，存一定限制条件系统的状态总是朝着一定的方向变化。变化的结果系统将达到某一状态，且在这个状态下只要所处的限制条件不改变系统的状态就不再发生变化，即系统处于平衡状态。,热力学第二定律指明热过程进行的方向，因而也是研究系统平衡条件的基本依据。孤立系熵增原理 (dS)i,S0 对此给出了一个一般的判据。式中不等号表明孤立系中过程可能进行的方向。它们总是从熵较小的状态变化到熵较大的状态。等号则表示系统的熵已增到最大值，此时系统状态不可能再发生任何变化（若有变化只能意

6、味着熵的减小，而这是不可能的），即处于平衡态。这个判据称为平衡的熵判据，表述为“孤立系在处于平衡时，熵具有最大值”。,在各种条件下。系统平衡的判据用特定的状态函数表达。对于处在T0,p0环境中的任意封闭系，系统可以是均匀的或非均匀的，可以是单元的或多元的，可以无化学反应或有化学反应等。系统完成的有用功总是小于，或在极限情况下等于其功势函数的减小。,熵变 热力学第一定律 联立以上二式，可得,讨论系统状态变化方向和平衡条件时，排除外界对系统输入有用功的情况，或者说系统不受外力的干扰。因为在有外力干扰的情况下，系统状态变化的方向总是不确定的，也不能保证系统处于平衡。这样，对于上式有而把它写成 上式表

7、明：处于环境中的任意封闭系统在外界不对其完成有用功的情况下，系统状态总是朝功势函数减小（亦即可用能减小）的方向变化；在达到平衡状态时。系统的功势函数具有最小值(亦即可用能为零)。,上式的适用范围很宽，由它判定的平衡状态包括系统内部的平衡和系统与环境之间的平衡当在应用中，通常是针对一些特定条件下的系统，并且只关心系统内部的状态变化方向和平衡，而不考虑系统与环境间的平衡。此时，可以设想外界随时与系统保持平衡。因此只要系统的压力或温度是均匀的，就可以用系统的压力p或温度T代换式中的p0或T0从而全部用系统的参数来表达平衡判据。,在定温定容条件，用T代换T0 ： 按自由能的定义，上式即 上式表明：在温

8、度和容积不变的条件下，封闭系统的自发过程朝自由能减小的方向进行，系统平衡态的自由能最小。这就是平衡的自由能判据。,物系中可能发生四种类型的过程：热传递过程、功量交换过程、相变过程和化学反应过程。相应于这些过程，有四种平衡条件：第一种是热平衡条件，这个条件足各部分温度达到均匀一致；第二种是力学平衡条件，对于简单可压缩系统，它是系统各部分的压力相等；第三种叫作相平衡条件，即系统中各相之间相互转变时达到平衡的条件；第四种是化学平衡条件，即多元系统各组元间发生化学反应时达到平衡的条件。,相变和化学反应都是物质质量转化的过程，一些物质由一相转变为另一相（相变），或由种物质转变为另一种物质（化学反应），因

9、而相平衡条件和化学平衡条件都涉及促使质量转化的所谓“化学势”。相平衡条件是各相的化学势相等。 热力学上所谓的相是指系统的部分的性质和成分是均匀的，有它本身的物理特性而且至少在理论。可以从系统的其他部分分离。,从原子结构的观点来解释。这代表着一定原子排列方式的部分，化学性质和物理性质都不同的两种物质可在同一相区内，只要它们的代表性变量如温度、压力、成分及晶体点阵常数等可连续地从一种物质变到另一种物质，例如，在大气压下。纯Fe在室温和在7 00是在同一相区内，而在9 2 0，则经过了9 1 2的同素异形变化。它就进入另一相区了。,任何一个系统内总包含着许多不同的元素及化合物，我们把这些元素和化合物

10、称作组分，凡在系统内可以独立变化而决定着各相成分的组分叫作这个系统的组元，在包含着几种。元素及化合物的化学反应中，不是所有参加反应的组分都是这个系统的组元。例如，在二元的金属体系中，组元就是这两种元素本身；在Al2O3-Y2O3的赝二元系中，组元就是 Al2O3 和 Y2O3 。,如果一个系统是由一个组元所组成的，这个系统是一元系；如果一个系统是由两个组元所组成的，这个系统是二元系，以下依此类推。 如果系统没有任何变化的趋向，我们说这个系统处在平衡态。在平衡态，温度必须恒定，成分必须均匀，如果气相存在，压力也必须是均匀的。用热力学的语言来表示，在平衡态，这个系统的自由能为最低。我们往往谈到复相

11、平衡。这是指各个相之间的平衡，但更推广地说，平衡也有单相平衡，这是指同一相区内几种不同物质间的平衡，如气相内所存在的各种不同分子形式。,任何相，如保持热力学平衡，则所有相内的每一组元的化学势必相等。 一个组元的化学势是联系到这个组元在某一相内的有效浓度或活动度的一个参量，活动度往往用 代表，这是一个实验上可以测定的量。某一相内一个组元的活动度与实验浓度间的差值是这个组元和其他组元发生化学反应的一种量度。化学势的热力学定义是： = 0+RTlg 这里0是这个组元在标准态的化学势，R是气体常数；T是绝对温度。,假定一个有C个组元的系统内有P个相平衡着，这个系统的变量是温度、压力和成分，则每一相的成

12、分可用个数来表示。这是组成这个相的C个组元的分数。 在任何相中如果C-1个组元的分数已独立地选定，则第C个组元的成分即自然确定。因为一共有p个相，非独立成分变量的总数为P 。,有关自由度的其他限制由平衡条件来决定。平衡的定义是，在所有相中。每一组元的化学势是恒等的，因此： 每一组元有P-1个恒等式，因此每一组元有P-1个非独立成分变量而整个系统有C（P-1）个非独立成分变量。依照定义,自由度F是变量总数和非独立变量数之间的差： F=PC+2-P+C(P-1)=C-P+2,以上就是吉布斯相律的数学陈述式，用语言来表示，就是：在复相平衡中，自由度等于组元的数日减去可能共存的相的最大数目加2。对包含

13、气相在内的复相平衡来说，例如在Fe的氧化过程中，氧的压力或分压必须考虑进去。,但在大多数情形，所牵涉到的只是一些凝聚相，如果压力变迁不太，则这些相的性质并不因压力的微小变迁而有所改变对这种情形，通常把压力这一变量略去而把相律写作 F=C-P+1 在本书的下列讨论中，除非在特殊情形将限于讨论物质的凝聚态,因此将限于应用此方程式。 总之，相律是一切相图都应满足的最基本规律。,相律告诉我们在一相图中应该有些什么线和什么区。 在图中，线代表F=1，区代表F=2，但它不能告诉我们这些线取什么方向，这些区取什么形状，这部分有待于一个从热力学中推导出来的定律-勒夏德里叶定律来解决。,“如果一个平衡系统受到外

14、界约束而变更了平衡，那必然发生一个对抗这个约束的反作用，就是说，必须发生一个使其效应部分消失的反作用”。 这里的约束是指热量的增加，体积的增大等。因此，如果一个系统因温度增高而发生相变，这个相变必然发生于热量吸收的方向。,这在图中将得到说明。S-L线代表在各种压力下的熔点，由于一般金属都热胀冷缩，这条线的斜度必然小于90，偏离压力轴。理由是，压力增加势必缩小体积，这一变动必然发生使其体积增大的反作用，那就只能增加温度。,3.3 相变过程的特性,相变材料的相变过程就是一个结晶和熔化过程。 结晶分以下几步完成：诱发阶段；晶体生长阶段；晶体再生阶段。在诱发阶段品核形成并渐长至稳定临界尺寸以上；在晶体

15、生长阶段，晶核周围的相变材料通过扩散在晶核表面吸附，且按晶体优先生长取向迁移，生长成具有一定几何形状的晶体。随着晶体生长渐趋完成，结晶速度逐渐放慢；在晶体再生阶段，虽然相变材料已完成凝固，晶体内仍有相对运动，晶体形状、大小仍会改变。,3.3 相变过程的特性,结晶过程常会出现过冷、析出及导热性能差等现象，而与之相对的熔化过程则无类似不良现象，同时由于液体的对流，液态相变材料的有效热导率也较大。因此，同一液相变过程的分析、研究多集中在凝固过程。,晶核的生成和生长的机理尚未完全搞清。 从过饱和态中的亚稳态转变到两相平衡态包含两个步骤：成核，克服形成固态颗粒的能量障碍；生长转化到一个更稳定的低能态。核

16、化理论包含两方面的内容：临界态品核的大小、性质及它们形成的速率。传统的核化理论是基于描述一均匀单相中新相生成的吉布斯理论。这一理论在解释许多实验现象时获得了成功；另一重要的处理方式是由Kossel引入，后由Stranskii等扩展的动力学理论，目前，又发展了核化统计理论。,晶体的生长过程晶核在过饱和溶液中一旦长至临界尺寸，晶体的生长阶段即开始了。最早的晶体生长理论建立在表面能或热力学原理基础上，是由Gibbs和Curie提出的。稍后的理论假定晶体生长基本上是一扩散过程，由Noyes和Whitney改进得到。Volmer，Strauskii和Kossel又与核化理论同步发展了表面吸附层理论。核化

17、理论的进展促进了晶体生长理论的发展，反之亦然。u前所述，Kossel的晶格模型理论将核化和晶体生长二者联系了起来。,晶体的生长还有其他一些影响因素如：溶液搅拌：多数相变材料储能系统（例如封装式）不宜搅拌，然而直接接触式储能系统则需要搅拌，搅动溶液能增强物质向晶体生长表面的输运能力提高结晶速度；传热传质：如果晶体生长面的传热速率非常高。则结晶过程是“动力控制”的，亦即晶体生长的决定因素是分子与晶格的结合；与之相反的极端情况是“传热控制”结晶。传热是支配生长速率的主要因素；杂质的影响：相变材料中的杂质对结晶过程中的成核和晶体生长影响很大。,尤其是对晶体的外形。杂质的主要影响是由于它们吸附在晶核或生

18、长晶体的表面。若其不能作为非均匀核化的核心。这种吸附将降低成核率和晶体生长率。 前已述及，当相变材料对成核表面有大的亲和力时，非均匀核化变得较为有效。若晶体结构相似，或者说品格面有接近相同的结构或周期。则可以产生非常有效的小过冷度成核。因此相变材料的成核剂的应用很有必要。,公认的成核材料有三类：同构的、同型的和取向附生的。同构和同型成核剂与其附着层盐的晶体结构和晶格参数接近。但要指出的是同构成核剂与其附着层的化学结构过于相似可能会形成溶合的晶体，目前发现一些化合物是如此。取向附生成核剂同附着层的晶体结构不同，但其成核表面在晶格面上给所附晶体提供了优先沉积的位置。 寻找给定相变材料的成核剂有两种

19、成功的方法：“科学法”和“爱迪生法”。,“科学法”从晶体数据表中挑选同构和同型的材料作为待定的成核剂。然后测试其成核效力。但晶体结构合适的化合物一般很少，且良好的匹配也不一定能保证其成核的活性。“爱迪生法”靠直觉。通过对大量的材料进行测试去寻找成核剂。它们往往要比“科学法”来得成功。许多成核剂的成功可以用取向附生理论给予合理的说明，但有时对于它们的有效性显然找不到合乎逻辑的解释。,3.4 气体水合物的特性,气体水合物是一种相变储能材料。它是出一种或几种气体的混合物(如)在一定的温度、压力条件下 和水作用生成的一类笼形结构的冰状晶体(Clath rate Hydrate）。 天然气水合物在化学中

20、占有独特地位。为便于描述，结晶状的水合物既可看作是固体溶液。,又可看作是固定成分的化合物，还可看作是由吸附气体组成的多孔吸附体（类似沸石）。此外，有时把水台物的形成过程与I类相变间进行类比也是合理的。每一种从物理学观点出发的方法都有其适用的边界条件。到目前为止，通常所用的水合物相摸型是Barrer等和小范德华等在著作中介绍的理想晶体模型（与理想溶液不淆）。,在此模型中，水合物的形成过程被看作是在水台物骨架（“疏松”冰）的孔穴中吸附气体分子，水合物骨架本身（即非充填部分）足不稳定的，气体分了却稳定在水合物骨架中。吸附过程用等温林穆尔效应来描述（即不考虑被包裹分子问的相互作用，对小的和大的孔穴分别

21、引进相应的林穆尔常数和孔穴在任何时候都不能被完全充满。下面讨论一下水合物作为固体溶液的情况。这时自然会引进晶格中水的化学势的概念。符合最简单模型的是：,需要测定的参数是和h，分别为T=273.15K,p=0.1MPa时未被允填的晶架与冰之间的化学势差和焓差。在近25年的文献中。这些数值在周期变化。对型结构水合物最近的试验值为=1287 110)J/mol。,为了描述天然气水合物的相平衡，还要测定作为温度函数的林穆尔常数（对每一种气体和孔穴分别测定）。利用统计热力学很容易确定被包裹分子与水合物骨架间相互作用的林穆尔常数与化学势之间的关系。因此，测定林穆尔常数可以方便地把气体分子M与H2O分子相互

22、作用的化学势参数结合起来。,目前已提出了描述水合物相的更复杂的热力学模型：考虑被包裹分子的相互作用以及骨架被大孔穴充填的特征，并且在解决许多问题时，已经充分利用了把水合物作为具有确定n值的化合物的模型。 气体水合物与冰、含气体水合物层与冰层之间有明显的相似性：相同的组合状态的变化，流体转化为固体；均属放热过程，并产生很大的热效应 0融冰时需用0. 335kJ的热量，02 0分解天然气水合物时每克水需要0.50. 6kJ的热量;,结冰或形成水合物时水体积均增大前者增大9%，后者增大26%32%；水中溶有盐时，二者相平衡温度降低，只有淡水才能转化为冰或水合物；冰与气体水合物的密度都不大于水，含水合

23、物层和冻结层密度都小于同类的水层；含冰层与含水合物层的电导率都小于含水层；含冰层和含水台物层弹性波的传播速度均大于含水层。,天然气水合物中，水分子(主体分子）形成一种空间点阵结构，气体分子（客体分子）则充填于点阵间的空穴中，气体和水之间没有化学计量关系。形成点阵的水分子之间靠较强的氢键结合，而气体分子和水分子之间的作用力为范德华力。到目前为止，已经发现的天然气水合物结构有三种，即结构I型、结构型和结构H型。结构I型气体水合物为立方晶体结构，其在自然界分布最为广泛，仅能容纳甲烷(C1)、乙烷这两种小分子的烃以及N2、C02、H2S等非烃分子，这种水合物中甲烷普遍存在的形式是构成CH45.75H2

24、0的几何骨架；,结构型气体水台物为菱形晶体结构，除包容C1、C2等小分子外。较大的“笼子”（水合物晶体中水分子间的空穴）还可容纳丙烷(C3)及异丁烷(iC4)等烃类；结构H型气体水合物为六方晶体结构，其大的“笼子”甚至可以容纳直径超过异丁烷(iC4)的分子，如i-C5和其他直径在7.58.6埃之间的分子。结构H型气体水合物早期仅存在于实验室，1 993年才在墨西哥湾大陆斜坡发现其天然产物中型和H型水合物比I型水合物更稳定。除墨西哥外，在格林大峡谷地区也发现了I、H型三种气体水合物共存的现象。,2.5 水的特性,水也是一种相变储能材料它是氢和氧的化合物。至少在气态下它具有分子式为H20的结构。尽

25、管液体水和冰的组成也表示成与气态相同的分子式。但从结构上讲这两种形式的分子式是缔合的。 水的物理性质在许多方面是很独特的，并且这些与所谓的化合物的正常性质相背离的性质是非常重要的。这种重要性表现在对那些生命形式的诞生和延续以及对地壳的变化过程和组成这两个方面。水的沸点和凝固点（冰点）远高于那些具有与水相似的低分子量的化合物所应具有的值，而且水的表面张力平和液体的介电常数也远大于预计值。当水结冰时它的密度减少。实际上在一个大气压下水的最大密度出现于近4时。,液体水的物理性质从考虑水的分子结构入手是最好理解的。在H+和O2+离子之间形成了两个化学键并相互成105的夹角。其结果是两个H+在水分子的同

26、一侧，使分子具有极性。由于简单的静电效应，该极性的特性使氢离子保持着一种吸引并与负电性离子进行特殊反应的能力。这种效应称之为氧键，它出现于水的液体和固体两种形式中并导致冰的很规则的晶体结构。在液体水中虽不像固体那么有序，但是分子间的吸引力是氢键存在的一个有力的证明。,水的高蒸发热和它的高表面张力都表明要分离水分子需要能量。液体水具有某些聚合性质。 水在通常压力下，可以处于以下任何一种平衡状态：水、汽和冰的单相平衡，水汽、冰汽和冰水的两相平衡以及冰水汽的三相平衡。,3.6 冰的特性,水在1个大气压时，温度在0以下为固体（固态水），0为水的冰点。大家都知道0的水与0的冰并存，把冷水缓慢地降温到0。

27、水还是水，并不结冰，即水的价和电子仍然维持着原来的运动方式。把水降温到0以下，当水开始了结冰，再回到0。这时的水会都结成冰。这就是说水经过过冷之后，尽管是部分价和电子的运转由立交进入到平面，然而这种运动方式一旦开始，所有的价和电子都将按这个趋势进入新的运动状态，而逐步形成冰；,3.6 冰的特性,在水中，分子之间的结构元是成链、成团，时接时分的。温度降低时，水分子的两个价和电子运转由立交地扭转，转变成两个垂直的平面运转，如图所亦，结构元之间电磁力方向由紊乱变得稳定，结构元变成稳固的架体结构，水就变成冰。,到结冰时，所有的价和电子都在相对固定的平面稳定运转。电磁力更为稳定。使得分子之间进一步对准位

28、置、拉开距离、排列整齐，所以冰也冷胀热缩。而且冷胀力量很大。 冰（固态水）的热物性：冰在熔点为0，冰的熔解热为3134 Kj/kg，密度920kg/m3（水为1000kgm3）。比热容5270 J(kgK)水为4220 J/（kgK），热导率为0.62W(mK)水为2.26 W (mK)，储热密度308MJ/m3。,2.7 水合盐的特性,结晶水合盐通常是中低温储能相变材料重要的一类。其特点是：适用范围广，价格较便宜，适用范围大，热导率较大，熔解热较大，密度较大，一般呈中性。 结晶水合盐相变时通常有两个问题。其一为过冷，当液态物质冷却到“凝固点”时并不结晶，而须冷却到凝固点以下一定温度时方开始结

29、晶，这种现象称为过冷。所有水合盐都有过冷现象。不同结晶水合盐在小同条件下过冷度不l司，有时为几度，有时为几十度，这给实际应用往往带来不良的、有时甚至是致命的影响。,产生过冷现象的原因是大多数结晶水合盐结晶时成核性能差所致。解决过冷的办法：一种方法是加微粒结构与盐类结晶相类似的物质作为成核剂。另一种方法是保鹭一部分固态相变材料，即保持部分冷区，使来熔化的一部分晶体作为成核剂，这种方法称为冷指法。,结晶水合盐作为相变介质的另一缺点就是它的析出现象。其成因和现象可简述如下：当( AB mH2O)型无机盐水合物受热时，通常会转变成含有较少摩尔水的另一类型ABpH2O的无机盐化合物，而ABpH2O会部分

30、或全部溶解于剩余的（m-p）摩尔水中。加热过程中，一峰盐水混合物变为无水盐，并可全部或部分溶解于水。形成盐水混合物的水量，就是结晶水。若盐的溶解度很高。则当加热到熔点以上后，无机盐水合物可以全部溶解，但如果溶解度不高，则即使加热到熔点以上，有些盐仍处在非溶解状态，此时。残留的固态物因密度大而沉到容器底部。,为防止残留固体物的沉积。已研究了一些方法。如将容器做成盘状。冷却时给予摇动或搅动。另一种更有效的方法是，在混合物中添加某种增稠剂。这种增稠剂可防止混台物中成分的分离，但并不妨碍相变过程。与成核剂的寻找一样，增稠剂的寻找也无定则可依，往往凭经验和运气，这也是有待解决的问题之一。,2.8高分子储

31、能材料的特性,还有一类高分子相变储能材料如石蜡、酯酸类等；其性能特点可以用石蜡作代表加以说明。石蜡主要由直链烷烃混合而成，可用通式CnH2n+2表示。短链烷烃熔点较低，链增长时，熔点开始增长较快，而后逐渐减慢，链再增长熔点将趋于一定值。 随着链的增长，烷烃的熔解热出增大。由于空间的影响，奇数和偶数碳原子的烷烃有所不同，偶数碳原子烷烃的同系物有较高的熔解热，链更长时，熔解热趋一相等。,在C7H16以的奇数烷烃和在C20H42以上的偶数烷烃在722 范围内会产生两次相变：低温的固固转变，它是链围绕长轴旋转形成的；高温的固液相变，总潜热接近熔解热，它被看作储热中可利用的热能。熔解热即使在周固相变不发

32、生的情况下也存在。,不同熔点的石蜡，作为提炼石油的副产品可买到。因此，系列工作温度和石蜡熔解热范围可以很好的匹配。石蜡是混合物，因此没有熔点尖峰，可是有些石蜡熔解温度范围确实较窄，可被用于石蜡温控阀门。和水合盐相比。石蜡有很理想的熔解热。它和许多有机相变材料一样，导热性较差，这可通过一些方式改善。 虽然石蜡不能被称为协调熔解，但由于石蜡是由许多互相可溶的有机化合物混合而成，故石蜡熔解过程中没有明显的成分析出。和许多其他有机物相比，石蜡的蒸气压力较低，在熔化时石蜡产生较大的体积变化，但在凝固过程中它将有脱离容器壁的趋势。这使传热过程变得相当复杂。包括石蜡在内的所有有机相变材料都有密度低的缺点。,

33、石蜡一般不过冷，因此通常不需要加成核剂，它的结晶速率很高，凝固速率则由于传热而受到限制。石蜡是稳定的物质，但还是应隔绝空气以防止它受热而缓慢氧化。石蜡无毒，无刺激性气味。它具有惰性。和金属容器共容，但许多塑料会被其熔化。石蜡也是易燃物，但由于较低的蒸气压，发生火灾的可能性很小。 石蜡的价格在自。机产品中是较低的，和一些市售水合盐的价格相当。 简而言之，石蜡作为储热相变材料的优点是：无过冷及析出现象、性能稳定、无毒、无腐蚀性、价格便宜。缺点是热导率低、密度小、单位体积储热能力差。,相变材料的热物性及工作性能的研究具有重要的意义。材料的热物性及工作性能既是衡量其性能优劣的标尺。又是其应用系统设计及

34、性能评估的依据。 相变材料的热物性主要包括：热导率、比热容、膨胀系数、相变潜热、相变温度。测定相变温度、相变潜热的方法可分为3类：一般卡计法：差热分析法（Dfferenrial Fhermal Ainalysis,简称DTA）；差示扫描量热法(Dfferenrial Scanning Calorimetry,简称DSC)。 熔解热的一般定义是指单位质量的物体从固态转化为同温度的液态所必需的热量口在熔解过程中，试样内的热传导变得比较复杂，固液两态共存。下面对几种测量方法进行简要介绍。,(1)一般卡计法 主要有投下冷却法和连续加热绝对法等。有文献报道了一种简单、快速测定相变单元潜热的方法，文献也报

35、道了一种测定相变材料(PCM)熔点和熔解热的方法。 对于没有过冷现象的物体，熔解热和凝结热一致时，可用投下冷却法测定。其需要测定四个温度点，先测试熔点Tm然后分别对试样在温度低于熔点T1和温度高于熔点的T2、T3三点作三次测试，通过每次的焓值可以计算出熔解热。可以看出此方法原理简单但测试麻烦，对多相变点和有过冷的物质不适用。,(2)差热分析法(DTA) 在热分析方法中，差热分析是使用最早、应用最广泛和研究得最多的一种分析方法。差热分析法是在程序控制下，测量物质与参比物之间的温度差与温度关系的一种技术。差热分析曲线是描述样品与参比物之间的温差(T)随温度或时间的变化关系。在l实验中，样品温度的变

36、化是由于相转变或反应的吸热或放热效应引起的，比如：相转变、熔化、结晶结构的转变、沸腾、升华、蒸发、脱氢反应、断裂或分解反应、氧化或还原反应、晶格结构的破坏，以及其他的化学反应。在测试过程中，试样和参比物被放在相同的热环境中（同一金属块的两个穴内），一起被加热或冷却。,虽然环境温度的变化速率一致，但因试样和参比物的热容不同，在升温或降温过程中试样和参比物的温度将不同，实验中记录温度及试样与参比物的温差。由于DTA检测的是温差，所用的热电偶彼此是反向串接的，所以二者之间的微小差值可用适当的放大装置检测出来，这就可用少量样品（至少数微克）进行测试，这对实际工作是非常有利的。由于差热分析是动态技术，有

37、许多因素会影响最终的实验曲线，包括升温速率、炉内气体、样品支持器（用镍或陶瓷制成，一般呈块状或杯状，金属的样品支持器应用较广）、热电偶位置、样品特性等。,对于定量研究来说，曲线峰包围的面积是十分重要的。由于DTA与试样内的热传导有关，标定K又不断随温度变化，要进行比较精确地定量分析是相当困难的。,(2)差示扫描量热法（DSC） 为了继续发挥DTA的测试速度快、样品量少、适用范围广的优点，克服其定量分析难的不足，研制出了DSC,DSC与DTA的原理相类似。按照测量方法DSC可分为热流型和功率补偿型，常用的是功率补偿型。其工作原理是基于“零点平衡原则”，即通过调整试样的加热功率始终保持样品和参比物处于相同的温度，也就是使试样和参比物的温差为零。这样，试样和参比物对环境（金属块）的热变换量完全不同。于是，可由参比物对环境的换热量和试样与参比物之加热功率差算出试样的吸热量。,材料的导热性能主要是通过材料的热导率来表现的。对相变材料热导率的研究也