海上物流中相變儲能材料的制備與熱物性能分析

裴 雯

（洛陽科技職業學院電子商務學院，河南 洛陽 471000）

相變儲能材料作為一種能夠在特定溫度范圍內吸收和釋放大量潛熱的材料，為控制海況環境對貨物運輸造成的影響提供了新的思路。相變儲能材料能夠在環境溫度升高時吸收熱量，并在環境溫度降低時釋放熱量，從而維持周圍環境的相對恒溫。在海上物流中，利用相變儲能材料的這一特性，可以有效地減少貨物在運輸過程中因環境溫度變化而產生的質量損失。不同的制備方法和工藝參數對相變儲能材料的熱物性能有著重要影響[1]。因此，系統地研究相變儲能材料的制備工藝，以及制備過程中材料組分、微觀結構和熱物性能之間的內在聯系，對于優化相變儲能材料的性能，提高其在實際應用中的效果具有重要意義。

1 相變儲能材料的制備方法

目前，制備相變儲能材料主要參考熱儲能技術方法，通常分為潛熱存儲、熱化學儲能、顯熱存儲三種方式，具體分類標準如表1所示。

表1 相變儲能材料制備方法分類Table 1 Classification of preparation methods for phase change energy storage materials

海上物流運輸中，當溫度達到一定數值標準后，相變儲能材料可以發生物相變化，通過熔化、凝固、結晶等過程吸收或釋放大量的熱量，然而材料自身穩定性不會發生顯著變化，這也是相變材料具有優異儲能特性的主要原因。

制備過程中，相變材料的儲能流程主要包括充電和放電兩個過程，詳細流程見圖1。

圖1 相變材料儲能流程圖Fig.1 Energy storage process diagram of phase change materials

在充電過程中，電能通過電力驅動壓縮機轉化為機械能，將液態工質壓縮成高溫氣態工質。氣態工質進入到下方的儲熱罐中，向固態的相變材料放熱，相變材料吸熱變為液體[2]。這個過程實現了能量的儲存。在放電過程中，被加壓后的液態工質流經下方的儲熱罐，吸熱蒸發膨脹，進入渦輪機中做功，實現發電。這個過程實現了能量的釋放。

此外，相變儲能材料還可以通過光化學分子異構實現光能到化學能的轉化，從而實現光化學儲能。這種儲能方式涉及到相變材料的異構化儲能反應，可以在光能的作用下實現從trans態到cis態的轉化，從而實現光化學儲能。

2 相變儲能材料的熱物性能研究

相變儲能材料的熱物性是其能夠作為儲能材料的重要特性，主要包括相變溫度、相變潛熱、熱導率、比熱容、膨脹系數等。這些性能參數直接影響材料的儲能密度、吸放熱速率、溫度穩定性等方面。

其中，相變溫度是指相變材料發生相變的溫度點，是相變儲能材料應用的關鍵參數之一。相變潛熱是指材料在相變過程中吸收或釋放的熱量，是衡量相變儲能材料儲能密度的關鍵參數[3]。熱導率是指材料導熱的能力，對于相變儲能材料的散熱和溫度穩定性有重要影響。比熱容是指材料吸收熱量的能力，對于相變儲能材料的儲能密度和吸放熱速率有直接影響。膨脹系數是指材料在受熱或冷卻時體積變化的程度，對于相變儲能材料的穩定性和可靠性有重要影響。

對于上述熱物性能參數的計算參考如下表達式：

式中，T為相變溫度，T0為初始溫度值，T1為相變反應后的溫度值，L為相變材料的儲能向量，β為儲能材料的相變反應參數，Q為相變潛熱，ΔW為單位儲熱或放熱量，ρ為相變材料的儲能密度，χ為熱量反應系數，η為熱導率，α為散熱值，vα為相變儲能材料散熱速率，δ為儲熱值，vδ為相變儲能材料儲熱速率，E為比熱容，ΔM為參與儲能反應的相變材料質量，k?為相變儲能材料的吸熱特征，x為膨脹系數，N0為相變材料初始體積，N′為儲能后的相變材料體積，?為受熱或冷卻變化向量，t為儲能時長，ι為儲能過程中的相變反應系數。

在海上物流運輸中，需要綜合考慮相變儲能材料的各種熱物性指標，選擇適合具體需求的材料。同時，還需要對材料的制備工藝、成本、環保性等方面進行考慮，以保證相變儲能材料在實際應用中的可行性和經濟效益。

3 相變儲能材料在海上物流中的應用

相變儲能材料在海上物流中具有多種應用形式，主要涉及能源儲存以及溫度的管理。

（1）能源儲存。因其物化性質的特殊性，相變儲能材料能夠儲存大量的能量，并在需要時緩慢釋放。這種特性使它們可以用作可再生能源的儲存介質，例如太陽能、風能等。在海上物流中，這些儲存的能量可以在夜間或風力較弱的時候用于各種設備，如照明、通信及導航系統。

（2）溫度管理。單位時間內，相變儲能材料能夠吸收和釋放大量的熱量，因此可以作為溫度調節系統的一部分。在海上物流中，這種特性可以用于保持貨物的溫度，確保食物和其他需要冷藏或冷凍的物品在運輸過程中能夠長期維持新鮮狀態。

（3）優化船舶能源效率。一些新型的船舶設計使用相變儲能材料作為推進系統的一部分。通過存儲和釋放能量，這些材料能夠源源不斷地提供動力，也就減少了海上物流對傳統燃料的依賴[4]。此外，相變儲能材料也可以用于提高船舶的能源效率。例如，可以用作船舶熱管理系統的一部分，通過調節船舶內部的溫濕度水平，以減少能源消耗量。

4 結論與展望

本文探討了相變儲能材料在海上物流中的重要性和應用潛力，明確了其在保持貨物恒溫運輸中的關鍵作用。通過合理的制備工藝，可以獲得具有優異熱物性能的相變儲能材料。這些材料能夠在特定的溫度范圍內有效地吸收和釋放熱量，從而為海上物流提供穩定的恒溫環境。此外，研究還發現材料的熱物性能與其組分、微觀結構等因素密切相關，這為進一步優化相變儲能材料的性能提供了明確的方向。

在未來的研究中，可以繼續關注相變儲能材料在海上物流中的應用，探索其在極端環境下的性能表現。與此同時，還應該致力于開發新型的相變儲能材料，以適應不斷發展的海上物流需求。相信隨著相變儲能材料的不斷進步和完善，其在海上物流領域的應用將更加廣泛和深入。