八水氫氧化鋇過冷現象研究進展

羅志付，張 華，張少朋

（國家能源大規模物理儲能技術（畢節）研發中心，貴州 畢節 551700）

Ba（OH）2·8H2O的體積儲能密度為 656 MJ／m3，是目前發現儲能密度最高的無機水合鹽［1］。但因其化學性質活躍、對人體有毒副作用、溶于水顯強堿性等因素，對八水氫氧化鋇的研究不系統，實際工程應用實例更是鮮見報道。鑒于此，本文梳理了當前八水氫氧化鋇過冷現象的研究現狀，指出了當前存在的主要問題，并對八水氫氧化鋇的未來研究和應用方向作了簡要展望，為研究開發性能穩定、效率高、運行周期長、節能環保的大規模先進物理儲能系統提供理論指導。

1 無過冷現象

Li Jing等對Ba（OH）2·8H2O熱特性的穩定性和可靠性進行研究，其中熱-冷循環500次的Ba（OH）2·8H2O的研究結論如圖1所示［2］。

從圖1看出，經過500次加熱-冷卻循環的八水氫氧化鋇過冷度曲線平緩，未發現有明顯的過冷現象。

邸友瑩等在通過不同冷卻速率研究八水氫氧化鋇的低溫熱容量和熱力學性質時，也發現了相似的情況，Ba（OH）2·8H2O相變是可重復的，不同的冷卻速率不會引起過冷和其他熱異常，沒有觀測到Ba（OH）2·8H2O有過冷現象［3］。

紀珺等在研究Ba（OH）2·8H2O復合相變材料及其在太陽能光伏／熱集熱器上的釋熱特性時，通過添加成核劑的方式，也得到了相似的結論，得知八水氫氧化鋇復合相變蓄熱材料無過冷，在其相變溫度上相變平穩，過冷現象被消除［4］。

圖1 八水氫氧化鋇加熱-冷卻循環500次過冷度曲線［2］

2 有過冷現象

Lyu Yajun等的研究結果證實Ba（OH）2·8H2O加熱-冷卻循環過程中，存在較大的過冷度。結果如圖 2所示［5］。

圖2 Ba（OH）2·8H2O熱 -冷循環過冷度曲線［5］

從圖2中可見，沒有循環的Ba（OH）2·8H2O的過冷度僅為0.8℃，隨著Ba（OH）2·8H2O的熱-冷循環次數逐漸增加，其過冷度逐漸增大。當熱-冷循環次數增加到300次時，其過冷度增大到17.2℃，并保持相對穩定，直到熱-冷循環到500次也沒有較大變化。并且加入Sr（OH）2·8H2O和KH2PO4作為成核劑也不能完全消除。

盛強等學者的研究結果也證實純Ba（OH）2·8H2O作為相變儲能材料時，加熱-冷卻循環過程中純Ba（OH）2·8H2O有8℃過冷度。加入泡沫銅或相關成核劑等后，Ba（OH）2·8H2O的過冷度下降至4℃左右，過冷現象有效改善，但不能完全消除［6］。

冷從斌等學者對膨脹石墨／八水氫氧化鋇復合定型相變材料的制備與儲熱性能進行研究時，發現純凈的Ba（OH）2·8H2O液相溫度降低到66.1℃時才開始結晶，過冷度約為11.4℃。添加一定量的成核劑可使其過冷度由11.4℃降低到1.5℃以內，但不能完全消除［7］。

3 結論與展望

上述學者們的研究結果相互矛盾、各執一詞，有的研究顯示純Ba（OH）2·8H2O經過500次循環后過冷度為0，有的過冷度為17.2℃，通過加入成核劑等方式也不能完全消除過冷現象。筆者認為過冷、相分離、潛熱降低等是大多數無機水合鹽加熱-冷卻凝固過程中儲能性能惡化的普遍問題，與物質的自然屬性息息相關，也與結晶原理密不可分。想要消除這些問題，得在晶體學方面多做深入研究。