我國(guó)工業(yè)能耗超過(guò)全社會(huì)能耗的70%，其中鋼鐵、有色等過(guò)程工業(yè)的單位產(chǎn)品能耗平均比世界先進(jìn)水平高47%，工業(yè)余熱利用率低是造成高能耗的重要原因。多數(shù)工業(yè)余熱資源均具有間歇性和非穩(wěn)態(tài)的特點(diǎn)，容易造成能量供需在時(shí)間和空間上不匹配的問(wèn)題，回收利用困難。同樣的問(wèn)題也存在太陽(yáng)能熱利用領(lǐng)域。因此儲(chǔ)熱技術(shù)成為工業(yè)余熱大規(guī)�；厥绽煤吞�(yáng)能熱利用的關(guān)鍵。相變儲(chǔ)熱具有儲(chǔ)熱密度高、相變溫度恒定、相變前后體積變化小等優(yōu)點(diǎn)，是非常有應(yīng)用前景的儲(chǔ)熱材料。目前工業(yè)余熱回收和太陽(yáng)能聚光式熱發(fā)電都迫切需要開(kāi)發(fā)800℃以上的高溫相變材料�，F(xiàn)階段高溫相變材料體系主要包括熔鹽和金屬，金屬的熱導(dǎo)率高（是熔鹽熱導(dǎo)率的上百倍）、儲(chǔ)熱密度和熔鹽相當(dāng)，是高溫相變材料的優(yōu)選。但和熔鹽一樣，金屬在熔融狀態(tài)時(shí)也具有腐蝕性，怎樣對(duì)其進(jìn)行封裝一直是一個(gè)難題。
中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所濕法冶金清潔生產(chǎn)技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室的冶金資源與材料課題組針對(duì)這一關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行攻關(guān)。他們選用高熱導(dǎo)、高熔點(diǎn)的純Cu作為儲(chǔ)熱介質(zhì)，首先設(shè)計(jì)了Ni-Cr雙層包覆金屬Cu球的膠囊結(jié)構(gòu)，中間的Cr層與Cu互溶度極小，可阻止高溫下液態(tài)Cu的擴(kuò)散；最外的Ni層具有抗氧化作用。接著，針對(duì)Cr層難沉積、電鍍過(guò)程易鈍化的難題，提出了間歇式電沉積方法，設(shè)計(jì)了新型鍍Cr裝置，實(shí)現(xiàn)了Cu球上超厚Cr層的高質(zhì)量沉積，該技術(shù)及裝置已申請(qǐng)發(fā)明專利兩項(xiàng)（一種高溫金屬相變儲(chǔ)熱材料及制備方法，201310233659.7；一種周期間歇式滾鍍硬鉻裝置及使用方法，201310233646.X）。最終獲得的Ni-Cr包覆Cu相變膠囊的相變溫度為1077℃；在1050～1150℃之間熱循環(huán)1000次之后，仍然保持完好，沒(méi)有發(fā)生泄漏和破裂，是目前報(bào)道熱循環(huán)性能最好的金屬相變膠囊。而且制備技術(shù)簡(jiǎn)單，易于規(guī)�；a(chǎn)。相關(guān)成果發(fā)表在Solar Energy Materials & Solar Cells期刊上（Guocai Zhang, Jianqiang Li, et al. 2014, 128, 131-137, 論文鏈接)，審稿人高度評(píng)價(jià)該工作的創(chuàng)新性。
在此基礎(chǔ)上，課題組近期再次進(jìn)行創(chuàng)新。利用Fe-Cu難混溶合金體系的液-液相分離現(xiàn)象，采用課題組特色的無(wú)容器氣動(dòng)懸浮技術(shù)，使富Fe相和富Cu相在Marangoni對(duì)流、Stokes沉積等效應(yīng)協(xié)同作用下自發(fā)形成核殼結(jié)構(gòu)，制備出外層Fe包覆Cu的金屬相變儲(chǔ)熱膠囊。同時(shí)，通過(guò)控制氧分壓，使外層Fe原位部分氧化形成氧化層，進(jìn)一步增強(qiáng)了金屬膠囊的耐磨性和實(shí)用性。相關(guān)成果發(fā)表在Applied Energy 期刊上（Bingqian Ma, Jianqiang Li, et al. 2014, 132, 568-574, 論文鏈接）后，很快引起國(guó)內(nèi)外同行的關(guān)注，CSIRO、南澳大利亞大學(xué)、新加坡UTD的多位學(xué)者表示濃厚興趣，愿意共同推進(jìn)該類材料在太陽(yáng)能熱利用和工業(yè)余熱方面的應(yīng)用。
以上研究工作受國(guó)家自然科學(xué)基金（NO. 50704031, 51274182）、國(guó)家科技支撐計(jì)劃（NO. 2012BAA03B03）和和北京自然基金（NO.2112039）資助。
間歇式電沉積方法制備的鎳-鉻/銅相變儲(chǔ)熱膠囊和熱循環(huán)后的斷面形貌
