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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生物理相態變化以實現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：當環境溫度高于相變溫度時，材料由固態轉變為液態并吸收熱量；而當環境溫度低于相變點時，材料由液態轉變為固態釋放熱量，從而維持環境溫度在適宜水平。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生物理相態變化以實現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：當環境溫度高于相變溫度時，材料由固態轉變為液態并吸收熱量；而當環境溫度低于相變點時，材料由液態轉變為固態釋放熱量，從而維持環境溫度在適宜水平。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能保溫領域有著重要的應用價值。如在建筑節能、太陽能利用、電力調峰、可再生能源消納、工業余熱回收、紡織品、冷鏈運輸、醫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的副產物，具有毒性，同時因其不會被生物降解，所以會持續產生污染。研發團隊以國家“973”計劃—“節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，實現了相變儲能產品的規模化制備，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，該系統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用戶供暖。該系統有助于電力系統的蓄熱調峰，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、節能環保、無噪音、使用壽命長等優點。該系統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能功能材料，利用相變儲能材料可以使傳統能 源和可再生能源在時間和地點上進行流轉，自動優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電力峰谷差“綠色能源”。在盛夏或嚴寒時 節，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 現電力過剩的現象，出現所謂的電力峰谷現象。為消除峰谷現象，電力公司將峰時電價 定為谷時電價的數倍，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，實現節電、節 能和節約資源的效果。 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。這些材料的研發已取得了一系列成果，申請了多項發明專利，在國際刊物上發表了多篇文章。希望與企業合作，一方面加快向可穿戴電子產品電源的研發進度，提升技術水平，另一方面希望對制備工藝進行放大，實現產業化。也希望一起合作申報項目、工程技術平臺等。

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定，從而實現穩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，是未來極具發展潛力的新型儲能材料。首次報道了Li7[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生穩定可逆的14個電子的反應，表現出250 mAh g-1的放電比容量，而且依然能夠保持Li7[V15O36(CO3)]團簇結構的穩定。展示出POMs材料作為儲能材料的應用潛力。同時，后續的研究發現{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材料良好的結構穩定性和循環性能。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。

太陽能電池的光電轉換效率是評判太陽能電池性能的重要參數之一，在國外實驗室 最高轉換效率已達 24.8%，而國內最高為 19.79%。為了改善太陽能電池的性能，必須提 高太陽能電池的轉換效率。而太陽能電池轉換效率損失的主要原因是由于表面上的光反 射作用，太陽光不能全部都入射到太陽電池中去，導致電子一空穴對的產生率不高。減 少反射就成為增加太陽能電池光電轉換效率的重要途徑。 同濟大學研究了在太陽能電池光電板外制備減反射涂層來增加太陽能轉化效率的方 法。減反射薄膜的鍍制是相關課題組納米多孔材料應用的主要方向之一，具有近十年的 技術積累，相關的成果已被用于國家的激光武器。基于以上基礎及優勢，通過涂布二氧 化硅減反射膜，可使電池總體光電轉換效率明顯提高。 

成果內容： 本成果取得3項發明專利。除濕材料技術于2019年2月在海南省萬寧市進行了性能測試。試驗結果表明：在陽光充足的情況下，除濕和再生的轉化率可以達到98%左右，能夠滿足除濕材料再生的要求。 成果優勢：該技術可用于潮濕環境下電力電氣設施、工業生產、國防建設、儀器儀表、日常生活等的除濕，有太陽條件下可實現太陽能再生和循環利用等。具有很大的應用前景。 成果成熟度：小試階段 轉化方式：技術入股、合作推廣、技術轉讓 成果知識產權情況 專利號 專利名稱 專利狀態 ZL201711397996.4 一種連續化學反應法蓄熱放熱系統 授權 ZL201310274286.8 一種膨脹石墨復合蓄熱材料及其制備方法和應用 授權 ZL201310274316.5 膨脹石墨復合蓄熱材料及其制備方法和應用 授權 圖1 除濕材料的DTA-TG 熱分析圖 圖2除濕材料的吸潮量隨時間變化曲線 圖3 不同再生溫度下除濕材料的再生量隨時間變化曲線