在類離子液體中, 水合鹽-水合鹽、無水鹽-水合鹽體系即為常見的水合鹽類共晶相變儲(chǔ)能材料, 其已得到了廣泛的研究和應(yīng)用, 此處不再贅述. 本文主要討論多元醇、酰胺和羧酸作為中性配體的類離子液體在相變儲(chǔ)能中的應(yīng)用.

相變儲(chǔ)能材料的應(yīng)用前景主要取決于其性能和工藝成本. 結(jié)合已有的相變儲(chǔ)能材料研究, 從相變溫度、循環(huán)性能、工藝成本和儲(chǔ)能密度等方面對(duì)類離子液體在相變儲(chǔ)能中應(yīng)用的可行性進(jìn)行分析.

從相變溫度分析. 類離子液體固-液相變溫度在?66~150℃, 與離子液體熔點(diǎn)類似, 正落于中低溫相變儲(chǔ)能材料的相變溫度區(qū)間以內(nèi). 上述類型的類離子液體相變溫度多處于0~30℃ (表3), 正是相變材料種類稀缺的相變溫區(qū), 可滿足市場(chǎng)對(duì)空調(diào)相變換熱材料和室溫相變材料的迫切需求.

從循環(huán)性能分析. 離子液體可視為純相化合物, 無相分離現(xiàn)象. 氫鍵供體類類離子液體為低共熔混合物, 即其組分比例位于固液相變的共晶點(diǎn), 其組分均一熔化、均一凝固, 在吸、放熱循環(huán)過程中可有效避免相分離, 具有較高的吸、放熱循環(huán)穩(wěn)定性.

從工藝成本分析. 工藝成本是衡量相變材料是否具有應(yīng)用前景的重要指標(biāo). 白立光等^[70]發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)鏈烷基咪唑類離子液體相變熱最高可達(dá)152.6 J g^?1. Bhatt等^[71]利用離子交換法合成的四丁基銨鹽離子液體焓變值最高275 J g^?1. 影響上述離子液體產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵因素在于生產(chǎn)成本過高, 性價(jià)比較低. 由于類離子液體的組分多為多元醇、氨基酸、有機(jī)酸、糖和膽堿衍生物等大宗化工產(chǎn)品, 價(jià)廉易得, 且多為代謝初級(jí)產(chǎn)物, 綠色環(huán)保. 其制備僅需多種化合物的簡(jiǎn)單混合加熱, 加工成本極低, 且無副產(chǎn)物產(chǎn)生. 廉價(jià)、綠色的原料和簡(jiǎn)單的合成工藝有效降低了相變材料的工藝成本和對(duì)環(huán)境的影響, 提高了其應(yīng)用的可行性.

從儲(chǔ)能密度分析. Zhang等^[72]在咪唑基離子液體中引入官能團(tuán), 合成了新型功能化離子液體, 發(fā)現(xiàn)官能團(tuán)形成的氫鍵使得離子液體的熔解熱、熱容和儲(chǔ)能密度分別提高了34%、86.5%和100%, 熱分解溫度高于200℃. 類離子液體中均存在三維氫鍵網(wǎng)絡(luò), 據(jù)此推斷, 類離子液體應(yīng)有更高的儲(chǔ)能密度. 此外, 多元糖醇、有機(jī)羧酸、酰胺等類離子液體組分均為常見的高相變焓化合物, 見表4, 有機(jī)鹽和無機(jī)鹽中也不乏高儲(chǔ)能密度的種類. 根據(jù)共晶相變材料的相變焓普遍規(guī)律分析, 利用具有高焓變值的化合物所得的類離子液體在很大程度上會(huì)具有較高的儲(chǔ)能密度.

表3

表4

由以上分析可見, 類離子液體可以滿足相變儲(chǔ)能材料實(shí)際應(yīng)用中性能、經(jīng)濟(jì)等多方面的要求, 是一種接近理想狀態(tài)的相變儲(chǔ)能材料, 具有良好的研發(fā)和應(yīng)用前景.

在相變儲(chǔ)能領(lǐng)域, 多元醇、酰胺和羧酸作為中性配體的類離子液體用作相變儲(chǔ)能材料的研究還較少, 僅對(duì)酰胺-三水醋酸鈉型類離子液體開展了研究.

方玉堂等^[33]采用熔融共混法, 添加25% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))甲酰胺于結(jié)晶醋酸鈉中, 可得到甲酰胺-三水醋酸鈉類離子液體, 其熔點(diǎn)為41.77℃, 相變焓為241.3 J g^?1, 經(jīng)添加成型劑等可以形成穩(wěn)定的相變材料, 具有過冷度低、放熱時(shí)間長(zhǎng)、循環(huán)穩(wěn)定性好、相變焓高(233.9 J g^?1)等優(yōu)點(diǎn), 可應(yīng)用于相變蓄熱地板輻射采暖. El-Bassuoni等^[34]合成了尿素-三水醋酸鈉二元相變儲(chǔ)能材料, 相變溫度為30℃, 相變焓為200.5 J g^?1.

目前, 亟需開展各類型類離子液體熔點(diǎn)、凝固點(diǎn)、過冷度、熔解熱、凝固熱、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、分解溫度、體積膨脹率、吸放熱循環(huán)穩(wěn)定性等熱物性的系統(tǒng)測(cè)試工作及對(duì)封裝容器的腐蝕性研究, 以篩選具有優(yōu)良綜合性能的相變材料, 獲取類離子液體, 尤其是無水型類離子液體相變過程中熱物性變化規(guī)律, 為深入認(rèn)識(shí)類離子液體儲(chǔ)能機(jī)理, 構(gòu)建類離子液體相變材料熱物性理論預(yù)測(cè)模型, 開展相變材料的理論篩選積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù).