純電動(dòng)汽車延長(zhǎng)續(xù)航距離的關(guān)鍵是什么？
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已經(jīng)實(shí)用化的潛熱蓄熱材料除了水以外還有很多。例如，氯化鈣水和物、硫酸鈉水和物、醋酸鈉水和物等無機(jī)水和物，以及石蠟等有機(jī)物化合物。不過，蓄熱密度都跟水差不多。從身邊的例子來看，已用于制冷劑、冰枕、蓄冷裝置等。
那么，蓄熱密度為1000kJ/kg的蓄熱技術(shù)能否實(shí)現(xiàn)？業(yè)界以前就設(shè)想過熱量短缺的情況，雖然很多研究機(jī)構(gòu)早就自行展開了研究，但直到目前好像還都沒開發(fā)出能實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的技術(shù)。。
實(shí)現(xiàn)1000kJ/kg的蓄熱密度有兩條路可走。一是利用現(xiàn)有蓄熱材料，進(jìn)一步提高其蓄熱特性。二是開發(fā)新的蓄熱材料。
關(guān)于前者，即提高現(xiàn)有蓄熱材料特性的方法，目前正在進(jìn)行多方面的研究。
例如，德國研究機(jī)構(gòu)弗勞恩霍夫研究所（Fraunhofer Institute）正與德國ZeoSys公司共同開發(fā)組合使用沸石和水的蓄熱技術(shù)?，F(xiàn)在主要設(shè)想把發(fā)電設(shè)施排放的熱作為水存儲(chǔ)在水罐中的用途。與只使用水相比，利用沸石能存儲(chǔ)3～4倍的熱。這意味著蓄熱容器的尺寸能削減至只使用水時(shí)的1/4左右。
沸石是擁有巨大表面積的多孔性礦石。1g沸石顆粒的表面積達(dá)到1000m2。沸石顆粒利用巨大的表面積強(qiáng)力吸附水蒸氣。水蒸氣通過物化反應(yīng)變成水時(shí)失去的熱移動(dòng)到了沸石中，而沸石的溫度不會(huì)像只使用水時(shí)那樣上升。由此，應(yīng)該容易長(zhǎng)時(shí)間蓄熱。
雖然基本原理以前就廣為人知，但并沒有實(shí)際作為蓄熱技術(shù)應(yīng)用的例子。研究團(tuán)隊(duì)最初利用1.5L（升）和15L容器驗(yàn)證了蓄熱工藝的可能性?，F(xiàn)在正以750L的規(guī)模實(shí)施削減成本的實(shí)驗(yàn)。該技術(shù)能長(zhǎng)時(shí)間保存能量，經(jīng)過幾千次循環(huán)也沒發(fā)現(xiàn)劣化，而且不排放有害物質(zhì)，這些優(yōu)點(diǎn)被寄予厚望。
大公司與風(fēng)險(xiǎn)公司魚龍混雜的開發(fā)競(jìng)爭(zhēng)
除此之外，還有很多研究機(jī)構(gòu)從同樣的觀點(diǎn)出發(fā)，正在開發(fā)利用納米技術(shù)把蓄熱材料加工成微細(xì)顆粒物的技術(shù)，以及使之附著在具備微孔的材料上的技術(shù)等。
另外，也有觀點(diǎn)認(rèn)為光憑現(xiàn)有蓄熱材料的改進(jìn)難以大幅改善特性。要想取得根本性突破，提高蓄熱材料本身的性能才是捷徑。如果能開發(fā)出特性大幅超過現(xiàn)有蓄熱材料的新材料，就有望一舉降低蓄熱技術(shù)整體的成本。因此，作為研究開發(fā)趨勢(shì)，新蓄熱材料的研究日益興起。
例如，不利用此前主流的潛熱蓄熱材料型蓄熱技術(shù)，而是利用化學(xué)反應(yīng)的發(fā)熱和吸熱的“化學(xué)反應(yīng)型”方式。
化學(xué)反應(yīng)型蓄熱利用伴隨發(fā)熱和吸熱的可逆化學(xué)反應(yīng)。蓄熱利用吸熱反應(yīng)，散熱利用發(fā)熱反應(yīng)。優(yōu)點(diǎn)是，蓄熱密度大，能以一定的溫度發(fā)熱，而且分離反應(yīng)物質(zhì)的話還易于保管。
我們身邊的物質(zhì)中，具有代表性的例子是在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上畫線時(shí)使用的水氧化鈣（熟石灰）。為水氧化鈣加熱的話，會(huì)產(chǎn)生氧化鈣（生石灰）和水。反之，在氧化鈣中加水，會(huì)發(fā)熱生成水氧化鈣。這種化學(xué)性吸熱和發(fā)熱反應(yīng)有望用于蓄熱。
氧化鈣也是用作食品干燥劑的常見物質(zhì)。這種干燥劑加入水分后會(huì)迅速發(fā)熱，因此干燥劑上都有“請(qǐng)勿沾水”的提醒。干燥劑是把氧化鈣和水分離后密封的，有時(shí)還用來給便當(dāng)和罐裝日本酒加熱。氧化鈣與水的反應(yīng)熱為1500kJ/kg。很多觀點(diǎn)認(rèn)為，如果靈活控制反應(yīng)的機(jī)制能實(shí)現(xiàn)實(shí)用化，將成為重大突破。
另外，東京大學(xué)與美國麻省理工學(xué)院（MIT）的共同研究團(tuán)隊(duì)還積極展開了材料開發(fā)，比如利用分子動(dòng)力學(xué)模擬來設(shè)計(jì)蓄熱材料等。此外，最近1～2年，與熱傳導(dǎo)的重要要素“聲子”有關(guān)的研究（稱為聲子學(xué)的研究領(lǐng)域）突然活躍起來。除蓄熱外還包括隔熱和散熱的熱管理相關(guān)研究也日漸興起。這些研究中或許會(huì)誕生超越以往技術(shù)的蓄熱技術(shù)。
無論采用哪種方式，總之目前正在積極推進(jìn)尚未確立的技術(shù)的研究開發(fā)。對(duì)全球技術(shù)趨勢(shì)非常敏感的歐美風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)也在自主推進(jìn)研究開發(fā)，不難想象，圍繞蓄熱技術(shù)將展開激烈的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。
在不久的將來，如果現(xiàn)在正在進(jìn)行中的研究開發(fā)取得成功，就能減少EV續(xù)航距離因暖氣和冷氣問題而大幅縮短的擔(dān)心。蓄熱技術(shù)不但是促進(jìn)EV普及的一大契機(jī)，還將成為與蓄電技術(shù)聯(lián)動(dòng)解決能源問題的核心技術(shù)。
評(píng)論