相变材料的工作原理是什么?
发布日期:2022-07-01
相变材料的工作原理是什么?
根据分子结构,相变材料可分为无机材料(如水合盐)和有机材料(如石蜡)。它们通常具有较大的潜热和较小的相变温度范围,因此广泛应用于各种储热装置和恒温装置。相变材料通过融化吸热储存能量,必要时通过凝固释放热量,同时在此过程中保持等温或近似等温条件。
在电池热管理系统中,可以利用相变材料的这一特性来控制电池单体与电池组之间的温差,保持温度的相对恒定和均匀性。在充放电过程中,当电池温度升高到相变材料的熔点时,材料熔化吸收热量,使电池温度停留在熔点附近;在低温环境下停车时,相变材料可在一定时间内逐渐凝固释放热量,充分利用电池放电时产生的热量,防止电池温度过低,有利于汽车重新启动。在相变过程中,相变材料的体积变化不大,容易满足结构设计的要求。
相变材料可分为微胶囊相变材料和定形相变材料。
微胶囊相变材料是指利用微胶囊技术将相变材料包成1~1万μm该方法可有效防止相变材料泄漏,防止其与环境物质的反应,提高相变材料的利用率和传热面积,应用于能源利用和热交换、温度控制和军事领域。
定形相变材料以具有三维网状结构的聚合物为基体,将相变材料填充到基体中,保持一定的空间位置。该材料具有良好的机械性能,其相变过程表现为宏观固相、微观液相,液相容留率可达90%以上,有效防止相变材料的流失。
不同工业领域对相变材料的熔点和潜热有不同的需求。如果用于储热装置或长期吸热,则需要较大的潜热,而在高温环境下,则需要较高的相变温度。当温度频繁变化时,需要稳定的化学性质。
石蜡材料具有较大的相变潜热(190~245kJ/kg)17~49℃),绝缘性能好,几乎不太冷,在汽车动力电池的使用温度范围内不易变质,非常适合电池组的热管理系统,所以大多数研究选择石蜡作为研究对象。