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相變儲能材料(Phase Change Materials, PCMs)是一類利用在某一特定溫度下發(fā)生物理相態(tài)變化以實現(xiàn)能量的存儲和釋放的儲能材料，一般有固- 液、液-氣和固- 固相變三種形式。目前固- 液相變儲能材料的研究和應用最為廣泛，其工作原理為：當環(huán)境溫度高于相變溫度時，材料由固態(tài)轉變?yōu)橐簯B(tài)并吸收熱量；而當環(huán)境溫度低于相變點時，材料由液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)釋放熱量，從而維持環(huán)境溫度在適宜水平。在相變過程中材料吸收或釋放的熱量，是材料單一相態(tài)溫度變化時吸收或釋放熱量的幾十倍甚至幾百倍。

項目簡介相變儲能材料(Phase Change Materials, PCMs)是一類利用在某一特定溫度下發(fā)生物理相態(tài)變化以實現(xiàn)能量的存儲和釋放的儲能材料，一般有固- 液、液-氣和固- 固相變三種形式。目前固- 液相變儲能材料的研究和應用最為廣泛，其工作原理為：當環(huán)境溫度高于相變溫度時，材料由固態(tài)轉變?yōu)橐簯B(tài)并吸收熱量；而當環(huán)境溫度低于相變點時，材料由液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)釋放熱量，從而維持環(huán)境溫度在適宜水平。在相變過程中材料吸收或釋放的熱量，是材料單一相態(tài)溫度變化時吸收或釋放熱量的幾十倍甚至幾百倍。相變儲能材料儲能原理應用范圍 相變儲能材料響應溫度變化所吸收和釋放的是熱能，在能源高效利用和節(jié)能保溫領域有著重要的應用價值。如在建筑節(jié)能、太陽能利用、電力調峰、可再生能源消納、工業(yè)余熱回收、紡織品、冷鏈運輸、醫(yī)療健康等方面擁有廣闊的市場前景。項目階段目前主要的有機相變儲能材料產品來源于石油工業(yè)的副產物，具有毒性，同時因其不會被生物降解，所以會持續(xù)產生污染。研發(fā)團隊以國家“973”計劃—“節(jié)能領域納米材料機敏特性關鍵科學問題研究”課題的研究成果為基礎，制備出基于天然可再生油脂的相變儲能材料，具有綠色無毒、可降解、儲能密度高等優(yōu)點。通過對相變儲能材料進行功能化處理，使其進一步具備了高光熱轉換效率及良好的儲熱特性，可高效利用太陽能及環(huán)境余熱。知識產權已申請相關專利。調配出的不同溫度的相變材料合作方式1. 可根據(jù)實際情況研制具有不同相變溫度的相變儲能材料，滿足各類需求。2. 完成建筑用相變儲能材料產品的中試生產，實現(xiàn)了相變儲能產品的規(guī)模化制備，如相變儲能地板產品、相變儲能板材產品、相變儲能粉體（60-80 目）與顆粒產品（5-8mm）等。其中，地板和板材產品可用于室內裝修，粉體和顆粒產品可作為其他建材，如涂料、砂漿、水泥、混凝土等的添加物。3. 將制備的相變儲能板材應用于實際建筑中，取得了很好的控溫節(jié)能效果：在北京冬季時，白天室內最多可少升溫6-7℃，且溫度峰值延后近2 小時；夜晚溫度降低時間最多可延遲近6 小時（以降至18℃為限），有效減小了室內溫度波動，并減少約18% 的采暖電能能耗。4. 研制了一套相變蓄熱供暖系統(tǒng)，該系統(tǒng)可將谷電期間的電能轉化為熱能并存儲于相變儲能材料內，在非谷電期間則利用所存儲的熱能實現(xiàn)用戶供暖。該系統(tǒng)有助于電力系統(tǒng)的蓄熱調峰，也可有效降低終端用戶的采暖成本，同時還具有體積小、效率高、節(jié)能環(huán)保、無噪音、使用壽命長等優(yōu)點。該系統(tǒng)實際的供暖試驗結果表明，峰電期間僅利用存儲的熱量進行供暖，可使用戶室內平均溫度達到20℃，與市政集中供暖相比，采暖費用可降低約20%。

相變儲能建筑材料是一種新型建筑節(jié)能功能材料，利用相變儲能材料可以使傳統(tǒng)能 源和可再生能源在時間和地點上進行流轉，自動優(yōu)化能源供應和需求之間的匹配，屬于 智能能源概念，在建筑中應用這種材料可以顯著提高建筑物的能源利用效率。其應用方 式主要有兩種。 一為通過相變儲能建筑材料提高建筑物對太陽能等可再生能源的利用率，降低建筑 物對傳統(tǒng)能源的消耗。冬季，太陽能熱豐富的時間為晴天和白天，而我們對太陽能熱需 求的時間是晚上和陰天，二者之間存在明顯的時間不匹配性。利用相變儲能建筑材料蓄 存白天和晴好天氣時的太陽能，在夜間或陰天將蓄存的太陽熱釋放出來，使得建筑物利 用太陽能的時間從白天和晴天延長到夜間和陰天，提高建筑物利用太陽能的量。 第二種方式為利用相變儲能建筑材料開發(fā)電力峰谷差“綠色能源”。在盛夏或嚴寒時 節(jié)，空調或其它取暖設備往往集中使用，造成電力緊張，供不應求，而在其它時段又出 現(xiàn)電力過剩的現(xiàn)象，出現(xiàn)所謂的電力峰谷現(xiàn)象。為消除峰谷現(xiàn)象，電力公司將峰時電價 定為谷時電價的數(shù)倍，以鼓勵電力用戶多使用谷時電。在電力需求的波谷時段，可采用 相變儲能復合材料蓄存由空調或制熱設備產生的冷量和熱量，用于電力波峰時段，降低 空調等設備在波峰時段的用電強度，可從用戶側的角度減小電力峰谷差，實現(xiàn)節(jié)電、節(jié) 能和節(jié)約資源的效果。 此外，相變儲能建筑材料還可提高建筑物的熱穩(wěn)定性和熱惰性，減緩建筑物室內的 溫度波動，在提高室內熱舒適度的同時，降低空調制冷或加熱設施的啟、停頻率和運行 時間，并達到降低建筑能耗的目的。

包括多孔金屬氧化物材料、石墨烯基復合材料、柔性超薄超級電容器材料的制備技術。這些材料的研發(fā)已取得了一系列成果，申請了多項發(fā)明專利，在國際刊物上發(fā)表了多篇文章。希望與企業(yè)合作，一方面加快向可穿戴電子產品電源的研發(fā)進度，提升技術水平，另一方面希望對制備工藝進行放大，實現(xiàn)產業(yè)化。也希望一起合作申報項目、工程技術平臺等。

人類文明的高度發(fā)展，既帶來了生活的便利與舒適，同時也增添了病菌傳播的機會。近年 來世界上大規(guī)模傳染性疾病的時有發(fā)生，例如，1996年日本發(fā)生的O-157大腸桿菌感染事件， 2000年日本、韓國、蒙古等國家發(fā)生的口蹄疫事件，2003年我國流行的SARS事件，至今在許 多國家相繼爆發(fā)的禽流感及致人死亡事件，以及霍亂、肺炎、瘧疾、結核病和肝炎等，都給世 界帶來了震驚和恐慌，也給人類生命財產造成了重大的損失，促進了人類對健康生存環(huán)境的追 求。自上世紀80年代以來，各種各樣的抗微生物材料發(fā)展十分迅速。抗微生物制品在保護人類 健康、減少疾病、改善生活環(huán)境等方面可以起到綠色屏障的作用。據(jù)CBS調查，52％的美國民 眾購買日用品時，會注意產品是否抗菌、防霉、防臭的功能。 然而無論是以歐美為代表采用有機抗菌劑，還是以日本為代表采用無機銀離子或納米級 二氧化鈦直接混入樹脂基體制備聚合物制品的抗微生物技術都存在不足。理論而言，作為一種 抗微生物材料不僅應該同時對絕大多數(shù)微生物有效，而且不應該是溶出性的，否則所制成的飲 水管道、食品包裝膜、飲水機等都會因人體攝入而造成毒害，不耐洗滌、抗微生物效果持久性 差。另一方面，大多數(shù)有機抗生素的作用機理在于影響微生物的新陳代謝，進而達到抑制其生 長繁殖的目的，然而這類抗生素的濫用，將導致微生物抗藥性的增加，會給人類健康帶來更大 的危害。因此新一代基于物理作用而可避免上述抗生素缺點的抗菌劑，如陽離子型抗菌劑，通 過正負電荷的靜電吸引作用，破壞細胞膜而殺死微生物，成為抗菌劑的重要發(fā)展方向。 本項目創(chuàng)建了一類高效、廣譜、對人體安全無毒的抗微生物材料，其特點是將特定的陽 離子型功能團齊聚物鍵合到應用廣泛的大宗樹脂的分子鏈上，成為非溶出型的分子組裝抗菌材 料，經久耐洗、持久高效抗菌、抗病毒，克服了現(xiàn)有技術的缺陷，是抗微生物材料方面一個有 突破意義的發(fā)明。

針對車用空調鋁合金葉片需要的硬度和耐磨型的要求，開發(fā)了基于Ni-Co-P 三元合金與硬質顆粒（Si3N4涂\A1203\Si02等的復合電鍍或復合化學鍍層技術， 產品性能與日本的表面處理技術相近，打破了日本對我國的技術封鎖，目前該技 術已在重慶某廠使用。

POMs開放式的結構適合大的金屬陽離子（比如Na+、Mg2+等）的快速傳輸，單個多金屬氧酸鹽團簇處于納米尺寸（1～5nm）在發(fā)生可逆的多電子的電化學氧化還原反應的時候能夠保持其團簇結構的穩(wěn)定，從而實現(xiàn)穩(wěn)定的高能量密度和高功率密度；該類材料易于設計合成，易于回收，是未來極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦蛢δ懿牧稀Ｊ状螆蟮懒薒i7[V15O36(CO3)]作為鋰離子電池正極材料在1.9-4.0 V的電壓窗口范圍能發(fā)生穩(wěn)定可逆的14個電子的反應，表現(xiàn)出250 mAh g-1的放電比容量，而且依然能夠保持Li7[V15O36(CO3)]團簇結構的穩(wěn)定。展示出POMs材料作為儲能材料的應用潛力。同時，后續(xù)的研究發(fā)現(xiàn){V15O36(CO3)}團簇中，由于不同位點的釩展示出不同的電化學性能，對金屬鋰表現(xiàn)為不同的氧化還原電位，因此{V15O36(CO3)}團簇展示出同時作為正極和負極的潛力，作為鋰離子對稱電池，在100 A g-1的電流密度下仍然能夠提供高達51.5 kW kg-1的能量密度。同時在1 A g-1的電流密度下循環(huán)500周，容量保持率仍然在80%以上。顯示出POMs材料良好的結構穩(wěn)定性和循環(huán)性能。進一步的研究表明， {V15O36(CO3)}團簇不僅具有良好的儲鋰能力，而且作為鈉離子電池材料也顯示出優(yōu)異的性能。 {V15O36(CO3)}團簇作為鈉離子電池正極材料能夠釋放240 mAh g-1的容量，全電池的能量密度可以達到390 Wh kg-1（Adv. Mater. , 2015, 27, 4649–4654; Adv. Energy Mater. 2017, DOI: https://doi.org/10.1002/aenm.201701021）。

通過氯原子的Cl-S、Cl-π等超分子相互作用調控有機光電材料分子的排列方式，構筑更加適合有機太陽電池器件的材料體系；同時利用共軛聚合物的π-π相互作用作為驅動力控制材料在不同維度上的生長速度，成功制備了二維方塊膠束，并積極探索這些二維材料的電學行為響應。氯原子鹵鍵等非共價相互作用對控制有機分子的排列和形貌具有決定性作用，不但可獲得高度有序的材料體系，同時相應材料性能也可得到大幅提高，例如和本研究相關的氯取代給體聚合物效率就曾達到了富勒烯類太陽電池的世界一流水平，而且器件穩(wěn)定性也得到了極大改善，引領了有機太陽電池領域對氯取代的重視和廣泛研究。