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能材料, 其已得到了廣泛的研究和應用, 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能中的應用.

相變儲能材料的應用前景主要取決于其性能和工藝成本. 結合已有的相變儲能材料研究, 從相變溫度、循環性能、工藝成本和儲能密度等方面對類離子液體在相變儲能中應用的可行性進行分析.

從相變溫度分析. 類離子液體固-液相變溫度在?66~150℃, 與離子液體熔點類似, 正落于中低溫相變儲能材料的相變溫度區間以內. 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, 可滿足市場對空調相變換熱材料和室溫相變材料的迫切需求.

從循環性能分析. 離子液體可視為純相化合物, 無相分離現象. 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, 其組分均一熔化、均一凝固, 在吸、放熱循環過程中可有效避免相分離, 具有較高的吸、放熱循環穩定性.

從工藝成本分析. 工藝成本是衡量相變材料是否具有應用前景的重要指標. 白立光等^[70]發現長鏈烷基咪唑類離子液體相變熱最高可達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業化的關鍵因素在于生產成本過高, 性價比較低. 由于類離子液體的組分多為多元醇、氨基酸、有機酸、糖和膽堿衍生物等大宗化工產品, 價廉易得, 且多為代謝初級產物, 綠色環保. 其制備僅需多種化合物的簡單混合加熱, 加工成本極低, 且無副產物產生. 廉價、綠色的原料和簡單的合成工藝有效降低了相變材料的工藝成本和對環境的影響, 提高了其應用的可行性.

從儲能密度分析. Zhang等^[72]在咪唑基離子液體中引入官能團, 合成了新型功能化離子液體, 發現官能團形成的氫鍵使得離子液體的熔解熱、熱容和儲能密度分別提高了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絡, 據此推斷, 類離子液體應有更高的儲能密度. 此外, 多元糖醇、有機羧酸、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, 有機鹽和無機鹽中也不乏高儲能密度的種類. 根據共晶相變材料的相變焓普遍規律分析, 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具有較高的儲能密度.

表3

表4

由以上分析可見, 類離子液體可以滿足相變儲能材料實際應用中性能、經濟等多方面的要求, 是一種接近理想狀態的相變儲能材料, 具有良好的研發和應用前景.

在相變儲能領域, 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能材料的研究還較少, 僅對酰胺-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% (質量分數)甲酰胺于結晶醋酸鈉中, 可得到甲酰胺-三水醋酸鈉類離子液體, 其熔點為41.77℃, 相變焓為241.3 J g^?1, 經添加成型劑等可以形成穩定的相變材料, 具有過冷度低、放熱時間長、循環穩定性好、相變焓高(233.9 J g^?1)等優點, 可應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、凝固點、過冷度、熔解熱、凝固熱、導熱系數、比熱容、分解溫度、體積膨脹率、吸放熱循環穩定性等熱物性的系統測試工作及對封裝容器的腐蝕性研究, 以篩選具有優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律, 為深入認識類離子液體儲能機理, 構建類離子液體相變材料熱物性理論預測模型, 開展相變材料的理論篩選積累基礎數據.