高温相变储热铝合金材料的研究现状及展望.pdf

文章编号:1009-2269(2010)02-0052-05

高温相变储热铝合金材料的研究现状及展望*

王克振,郭长华

(兰州理工大学可再生能源研究院,甘肃兰州730000)

摘要:金属相变储热材料具有储热密度大、抗高温氧化性强、热稳定好、导热系数大、相变时过冷
度小、相偏析小及性价比较好等优点,在高温相变储热过程中有着广泛应用,其中铝合金高温相变
储热材料的综合性能最好.综述了国内外铝合金高温相变储热材料的研究及趋势,并对今后的研
究方向进行了展望.
关键词:高温;相变储热材料;铝合金;展望
中图分类号:TB332文献标志码:A

因使用化石能源造成的温室气体排放和环境比高等优点[5],在太阳能高温热发电技术中有着
污染对人类的生存和发展构成了严重威胁,并且较好的应用前景.热能存储研究,尤其是相变材料
化石能源资源有限,终将可能枯竭,因此开发清洁研究成为近20年研究的热点[6],本文概述了铝合
的可再生能源是全球各国面临的重大挑战.在水金相变储热材料国内外研究现状及发展趋势.
能、太阳能、风能、生物质能等可再生能源中太阳
,1不同成分铝合金的相变温度和相
能因其储量的无限性、存在的普遍性、利用的清洁
[1]变潜热研究
性和开发的经济性成为最重要的可再生能源.
太阳能发电模式主要有光伏和光热两种模式,太在铝合金相变储热材料中,Al-Si合金的综
阳能热发电技术因其供电连续稳定、成本低等优合储热性能优越,且价格便宜,成为很多研究人员
点,将成为未来太阳能发电的主要方式之一.太阳的研究对象.Birchenall[7-8]、Farkas[9]、Gasa-
能热发电技术客观上要求发展高效率、低成本的naliev[10]等人对含有Al、Cu、Mg、Si、Zn等元素的
高温潜热能存储技术[2].二元和多元合金的相变温度和相变潜热进行了研
在太阳能热发电技术中,储热技术可在太阳究,张仁元[11]、邹向[12]、刘靖[13]、王馨[14]、程晓
能流高峰时吸热、低谷时放热,能解决太阳能流的敏[15]、孙建强[16]等人分别测试了二元铝合金和三
不连续性,使塔式、槽式或蝶式发电系统连续稳定元铝合金相变储热材料的相变温度与相变潜热值
的发电,成为太阳能热发电技术的关键.相变储热(见表1),研究表明相变潜热值与相变温度正相
材料具有相变潜热大、储热密度高、吸放热过程近关,高相变潜热值的铝合金通常含有高熔点的元
似等温等优点,是目前最有效的储热方式之一[3].素.张仁元等人[11]进一步研究了Al-Si合金的结
在120~1000温度区间内基于无机盐和金属合晶组织及熔化过程,认为Al-Si合金的固态组织
金的相变储热材料有几百种[4],其中铝合金相变由固溶硅的-Al固溶体和初晶硅相或共晶硅相
储热材料具有储热密度大、抗高温氧化性强、热稳组成.当温度升高时,合金的熔化是从-Al晶胞
定性好、导热系数大、过冷度小、相偏析小及性价中一些较弱的但维持晶胞稳定的结合键开始的.

*收稿日期:2009-12-31
作者简介:王克振(1973-),男,甘肃永靖人,讲师,博士生.
第2期王克振等:高温相变储热铝合金材料的研究现状及展望53

因此,Al含量不一样,合金的相变潜热和相变温率均不超过0.01%(见表2),并逐渐稳定.铝合金
度大小也不同.的氧化过程相当复杂,与氧亲合力大的元素优先
表1铝合金的相变温度与相变潜热值被氧化,所生成的氧化膜能有效阻碍氧化的进行.
相变温度相变潜热在高温时合金中铝与氧的亲和力大于硅
合金含量来源,Al-Si,
(KJ/Kg)铝先被氧化,生成高温稳定的氧化铝,而且只有致
Al-7Si577.4305.5程晓敏[15]
密的氧化膜才有保护作用.由于铝氧化所形成的
Al-11Si572.8507张仁元[11]
Al-12Si561.3470张仁元[11]-Al2O3氧化膜的分子体积与其自身的原子体积
Al-12Si576562.2刘靖[13]之比大于1,有效地阻止熔融合金与氧的接触.当
[12]
Al-13Si575505邹向膜的厚度达到200nm,氧化膜增长停止,氧化不
Al-13Si579515Birchenall[7-9]
再进行.而硅为非表面活性元素,不影响氧化过
Al-20Si585459.9刘靖[13]
Al-20Si570430张仁元[11]程,且能促使体积比大于1.因此,Al-Si合金的

Al-34.65Mg497285Gasanaliev[10]氧化膜是由单纯的-Al2O3组成.
Al-37.5Mg451310Birchenall[7-9]表2Al-Si合金不同温度时间下的氧化率
Al-17.5Cu548351Birchenal