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新能源材料 —基础与应用 丁占来 石家庄铁道大学材料学院 第一章 课程绪论 1.1 新能源的概念 1.2 新能源材料基础 1.3 新能源材料的应用现状 新材料的作用： 新材料把原来习用已久的能源变为新能源。 如：半导体材料把太阳能有效地直接转变为电能；燃料电池能使氢与氧反应而直接产生电能，代替过去利用氢气燃料获得高温。 一些新材料可提高储能和能力转化效果 如：镍电池、锂离子电池等都是靠电极材料的储能效果和能量转化功能而发展起来的新型二次电池。 参考资料: 1、《新能源材料-基础与应用》艾德生等编著，化学工业出版社。 2、 《新能源材料-基础与应用》吴其胜　主编 ，华东理工大学出版社。 3、《新能源材料与应用》童忠良，张淑谦，杨京京　编著 ，国防工业出版社 。 第一章 相变贮能材料—理论与应用 1、贮热相变材料的相变形式 相变现象 1.1.固体 ?? 液体 凝固与融化 冰雪融化、盐碱溶化、金属熔化、溶液结晶 1.2.液体 ?? 气体 沸腾，凝结 1.3.固体 ?? 气体 升华 凝华 结霜、樟脑挥发 1.4.固体 ?? 固体 相转变 1、贮热相变材料的相变形式 当物质分子热运动动能远小于分子间的相互作用势能时, 分子力作用上升到主要地位, 分子运动降到次要地位, 组成物质的粒子(分子、原子或离子)只能在各自的平衡位置附近作微小振动,这就是物质的固态。处于固态的物质称为固体。 1、贮热相变材料的相变形式 相可定义如下: “相是系统中均匀的与其他部分有界面分开的部分。” 所谓均匀的，是指这部分的成分和性质从给定范围或宏观来说是相同的，或是以一种连续的方式变化，也就是没有突然的变化。一个多相系统是不均匀的，在相界处有物理性质或化学性质或两者兼有突变。例如，在一个包含有冰和水的两相系统中，其物理性质在相界面处有突然变化。 1、贮热相变材料的相变形式 在一定条件下，物质不同相之间的相互转变叫做相变。 如果系统中各相经历很长时间而不互相转化，则是处于平衡状态。实际上相平衡是一种动态平衡，从系统内部来看，分子或原子仍在相界处不停地转换，只不过同一时间内各相之间的转化速度相同。 相变是有序和无序两种倾向相互竞争的结果。相互作用是有序的起因，热运动是无序的来源。在热力学理论中表现为U和ST的消长。在缓慢降温的过程中，每当温度降低到一定程度，以致热运动不再能破坏某种特定相互作用造成的有序时，就可能出现新相。 1、贮热相变材料的相变形式 自由能方程 两种参数的相互作用 克拉贝龙方程 相变过程伴随明显的热量释放或吸收 1、贮热相变材料的相变形式 描述物质状态的三个基本参数不是相互独立的。 这就是物质的状态方程 理想气体 范德瓦尔斯方程 1、贮热相变材料的相变形式 1、贮热相变材料的相变形式 相变分类 厄伦菲斯特依据热力学势及其导数的连续性对相变进行分类。 自由能、内能都是热力学函数。它们的第一阶导数是压力(或体积)、熵(或温度)、平均磁化强度等等，而第二阶导数给出压缩率、膨胀率、比热．磁化率。 1、贮热相变材料的相变形式 凡是热力学势本身连续，而第一阶导数不连续的状态突变，称为第一类相变。第一阶导数不连续，表示相变伴随着明显的体积变化和热量的吸放(潜热)。 热力学势和它的第一阶导数连续变化，而第二阶导数不连续的情形，称为第二类相变。这时没有体积变化和潜热，但比热、压缩率、磁化率等物理量随温度的变化曲线上出现跃变或无穷的尖峰。超流和没有外磁场的超导转变、气液临界点，以及大量磁相变，属于二类相变。 1、贮热相变材料的相变形式 相变图 固液相变 ?固体点阵排列对应于势能最小，固体吸热之初，温度升高，固体粒子能量增加到一定程度（熔点）可摆脱束缚，点阵结构解体，从而固体变为液体。温度不变是因为吸收的热几乎全部用于增加相互作用能。 2.贮热相变材料的分类 热物性 潜热 导温系数 导热系数/(比热*密度) 相变温度 2.贮热相变材料的分类 无机类 结晶水合盐 （salt hydrate） 附表1 结晶水合盐类热物性表 熔融盐(molten salt) 附表2 一些无机化合物的热物性表 其它：水，硅 金属（包括合金） 附表12-1到12-5及附表15 常用结晶水合盐类热物性表 附表2 无机化合物(高温) 附表3 Al的比热（ kJ/kgK ） 、潜热（ kJ/kg ）值 有机类 石蜡类 附表6 石蜡类物性表，熔点范围宽，潜热高。 脂酸类（fatty acid） 附表3 脂酸类热物性表 其它有机相变材料 附表5 一些有机物热物性表 石蜡类物质的热物性 脂酸类热物性表 包合与类包合水合物