丁锦宏，徐育成，刘 锋

（广东省河源市质量计量监督检测所，广东 河源517000）

1 相变储热材料三水醋酸钠研究综述

1.1 国外研究综述

1985年日本三菱电子公司的KⅠMURA等[1]，研究了CH3COONa·3H2O和10%的NaBr·2H2O或15%的NaHCOOH·3H2O混合物在950 mm高的垂直玻璃管中30～60℃的热循环性能。结果发现，在反复1 000次的热循环后，CH3COONa·3H2O仍表现出很好的稳定性。同样实验条件下，在40～70℃热循环过程中，CH3COONa·3H2O很快衰退为无水醋酸钠。同时发现无水醋酸钠、Na2HPO4和聚乙烯粉混合物是CH3COONa·3H2O的有效成核剂。

1988年，德国费莱堡矿业学院的NAUMANN等[2]，利用DTA对CH3COONa·3H2O进行了热分析表征研究。研究表明，CH3COONa·3H2O在凝固过程中，温度低至-40℃仍不结晶。当增添质量分数为0.5%的成核剂Na4P2O7·10H2O时，其过冷度可降到4.7℃，但因存在相分离，静态储热单元稳定性较差。

1992年，韩国先进科学技术学院的RYU等[3]，研究了CH3COONa·3H2O储热材料的过冷和稳定性能。实验研究发现，CMC可作为CH3COONa·3H2O的有效增稠剂，而且添加2%～4%可有效防止CH3COONa·3H2O的相分层。同时添加2%的K2SO4可使添加了增稠剂的CH3COONa·3H2O的过冷度从20℃降低至2～3℃。通过测试，添加了3%CMC和2%K2SO4的CH3COONa·3H2O混合物的相变温度为58℃。

2003年，西班牙科学家CABEZA等[4]，探讨了CH3COONa·3H2O相变储热材料的过冷和相分离问题。结果发现，在增添质量分数1%成核剂Na2HPO4·7H2O的CH3COONa·3H2O中同时添加增稠剂斑脱土、淀粉或纤维素，可以很好地抑制过冷和相分离现象。而且纤维素的增稠效果最好，但温度在高于65℃后，CH3COONa·3H2O体系还是出现了相分离现象。

1.2 国内研究综述

2012年，中国科学技术大学卢大杰等[5]，通过实验验证了几类纳米材料（AlN、Si3N4、ZrB2、SiO2、B4C、SiB6）的成核效果，结果表明质量分数为4%或5%的Si3N4、10%的ZrB2、5%的AlN在就可以够消除CH3COONa·3H2O过冷，质量分数2%的SiO2在融化的CH3COONa·3H2O中利用磁力搅拌以及超声波分散后能够抑制过冷度，分析得出具有较好的成核效果，其粒度散布在几十纳米到300纳米左右。

2013年，华南理工大学杨果[6]，实验选用水溶液聚合、反向悬浮聚合制备CMC接枝丙烯酸钠（AA）树脂增稠剂（CMC-g-AA），系统探讨丙烯酸中和度、引发剂用量、聚合温度对改性CH3COONa·3H2O相变材料过冷度的影响，并优化制备条件。实验表明添加水溶液聚合树脂的CH3COONa·3H2O相变材料，其相变温度为53.5℃，过冷度仅1.5℃；同样，添加反向悬浮聚合树脂的CH3COONa·3H2O相变材料，其相变温度为55℃，几乎无过冷。

2014年，沈阳建筑大学丁红雨等[7]，以PAM为增稠剂，Na2HPO4·12H2O为成核剂，通过对其进行配方挑选和用量优化实验研究，结果表明一定量成核剂的Na2HPO4·12H2O与增稠剂PAM有效结合可以改善CH3COONa·3H2O过冷，实验研制了最佳用量配方：10 g SAT+0.3 g Na2HPO4·12H2O+0.3 PAM具有较好的储热性能。

2015年华南理工大学方玉堂等[8]，利用熔融共混法，选用甲酰胺（FA）为改性剂对SAT进行改性获得新型SAT/FA复合相变材料（CPCM）。研究FA质量分数（下同）对SAT/FA复合储能（基体）相变潜热值及相变温度的影响。

实验发现通过增添质量分数25%的FA的改性在SAT中可制成SAT/FA低共融体，可应用于相变储热地板辐射采暖。

2 储热材料研究的发展方向[6-8]

首先，无论开发何种相变材料，都必须考虑热性能、化学性能、物理性能、经济性能等筛选要求，符合绿色化学要求；其次，要评估相变材料的发展趋势，务必明白其在实际中的应用。相变材料的主要用途包括：通过相变吸热或放热控制环境温度；在开发新能源——太阳能中作储能材料应用；在提高能量利用率方面可以储存工业反应中的余热和废热。

近年来，美、日、德等国也发表了许多这方面的研究报告和专利。今后研究的方向主要有以下几个方面。

关于固-液相变材料，今后的研究倾向为：①选择新式相变材料及其封装球和载体基质；②解决或降低过冷的新方法，即成核剂的选择；③避免相分离，提高使用寿命；④提高相变速率，选取相变促进剂。

对于固-固相变材料，今后的研究方向为：①研制出一系列相变温度可调的固-固相变材料；②改良相变材料的导热性能以及相变速度；③开发出多功能相变储能材料；④降低成本，实现工业化。

3 储热材料存在问题的解决

结晶水合盐作为相变材料的缺点就是存在相分离现象，相分离现象使得水合盐随着储放热重复进行，底部的残留物会越来越多，体系的储热能力也愈来愈差。为克服这一现象可以采用如下几种方法：①加入增稠剂，这类增稠剂可抑制混合物中成分的分散，但并不阻碍相变过程，如明胶、羧甲基纤维素钠等；②改变晶体结构，其作用将大晶体结构形成小的晶体；③相变储能材料的球采用薄层结构，如将球做成盘状。总的说来，经熔化凝固热循环后混合物的过冷和相分离现象，一直以来是结晶水合盐类应用中面临的难题。