相变材料(Phase Change Material, PCM)通过吸收或释放潜热实现能量存储与温度调节,在多个领域具有广泛应用相变材料。以下是其典型应用场景及原理:
1. 建筑节能与温度调节
应用原理:PCM在相变温度附近吸收/释放潜热,平衡室内温度波动相变材料。
具体应用:
墙体/地板/天花板:将PCM嵌入建筑材料(如微胶囊化PCM混合石膏板),白天吸热延缓室温上升,夜间凝固放热,减少空调能耗相变材料。
玻璃窗:使用PCM夹层玻璃,降低太阳辐射热进入相变材料。
案例: PCM微胶囊已用于被动式节能建筑相变材料。
2. 热能存储(TES)
应用原理:利用高潜热密度存储热能,解决能量供需时空错配相变材料。
具体应用:太阳能储能:太阳能集热器搭配PCM储热罐,白天储热供夜间使用(如熔盐PCM用于光热发电)相变材料。工业余热回收:钢铁厂余热通过PCM存储,用于预热原料或发电。电力调峰:低谷电加热PCM存储,高峰时段释放热能。
3. 电子设备热管理
应用原理:PCM吸收芯片瞬时高热,延缓温度骤升相变材料。
具体应用:手机/电脑:石墨烯-PCM复合散热片(如华为手机采用相变凝胶)相变材料。动力电池:电动车电池组集成PCM(石蜡基材料),防止热失控。5G基站: PCM模块缓冲高频运行产生的热量。
4. 纺织与智能服装
应用原理:PCM微胶囊附着于纤维,调节微气候相变材料。
具体应用:户外服装:登山服内置PCM,低温释放热量相变材料。医疗纺织品:烧伤患者用PCM绷带维持恒温,促进愈合。
5. 冷链运输与食品保鲜
应用原理:PCM维持低温环境,减少温度波动相变材料。
具体应用:冷藏车/箱:PCM板预冷后替代部分制冷机组相变材料。生鲜包装:生物基PCM(如脂肪酸)用于冷链快递盒。
6. 医疗与生物领域
应用原理:精准控温保护活性物质相变材料。
具体应用:疫苗运输:PCM冷藏包维持2-8℃(常见于新冠疫苗配送)相变材料。热疗/冷敷:PCM凝胶贴片用于运动损伤或术后护理。
相变材料的应用场景一直再拓宽,但是继续PCM的应用方法研究甚少相变材料。主要研究还是在提升PCM材料性能方面。在建筑节能、热能存储方向,均有实际的案例,但应用的都是一些示范项目,并没有得到很好的市场推广。其具体原因在于投资增大,投资回报期长,以及系统运营的复杂性。PCM此类的应用方向还需要简化应用系统,降低成本,才能得以普及。高校的研究方向可以稍微偏向应用系统,后续的成果转化能有质的提神。纺织与智能穿戴方向目前处于启蒙阶段,未来将有一个爆发期。不少企业开始布局这个领域,产品的应用方式也是在频繁的迭代,相关产品已经开始流行。但是市场整体对这个还是很陌生,应用的合理性很多都没有准确的认知,因此给刚进入这个行业的企业一个很好的机会。冷链运输和医疗领域的PCM应用一直存在,市场的竞争也相对激烈,但产品质量参差不齐。PCM的应用有一定的门槛,很多人对其理解不到位,在应用过程中难免会出现达不到要求的情况。因此PCM的厂家需要对客户做好普及,避免后续的问题,同时要开发相关的应用系统,供未来市场应用。电子设备的热管理应用,可能是一个噱头,材料的高导热性,高的相变热,直观理解可能是快速降温,但是材料的量是有限的,很短的时间就会消耗掉这部分热,后面只会增加散热的热阻,影响正常换热,适得其反。因此PCM应用,要合理,理解很重要,不能盲目的去使用。冰河冷媒专注PCM相变材料的研究以及应用,提供完整解决方案。