降低CaCl2·6H2O过冷度的研究进展：从添加剂到复合材料

Lane[20]引入了不同种类的与CaCl2·6H2O晶体结构相似的无机盐作为添加剂，以降低CaCl2·6H2O的过冷度。在过去的几十年里，研究人员提供了一些解释、原因和进一步研究的指导。Fellchenfeld和Sarig[33]认为，一种特定的成核剂应该具有与它将要成核的晶体结构相似的结构。在研究CaCl2·6H2O时，作者认为成核剂的作用是保证六水体的结晶，使体系更加稳定。Agron和Busing[34]比较了CaCl2·6H2O和SrCl2·6H2O，发现原子间距离、键角、平面间二面角都很相似。由于晶体结构的相似性，使得CaCl2·6H2O液相在温度低于相变点时容易粘附在SrCl2·6H2O表面并结晶。因此，研究人员普遍采用无机盐或一些水合盐来降低相变材料的过冷度，并取得了有效的效果。

Chmit等人[35]研究了CaCl2·6H2O制备过程中CaCl2与H2O体积的关系。他们发现，当CaCl2的质量分数为50.66%时，可以得到最大的焓值。然而，他们也发现CaCl2·4H2O的形成以及样品体积的增大都会导致DSC数据的不稳定性。

CaCl2·6H2O固有的过冷和相偏析的缺点限制了其实际应用[36-38]。此外，CaCl2·6H2O作为固液PCM存在腐蚀和液体泄漏的问题。为了克服这些阻碍CaCl2·6H2O在建筑中应用的问题，人们已经探索了几种策略，包括将PCM封装在高密度聚乙烯球[39]中，将其封装在圆柱形管[40,41]或不锈钢板[42]中，将其装入管[43]中，并装入罐中[44,45]。然而，这些宏观封装方法存在传热性能低和容器腐蚀等问题。

最近，CaCl2·6H2O与膨胀石墨相结合，制备了复合PCM;结果表明，采用[46]配方不仅可以有效地解决复合相变材料的热导率高于CaCl2·6H2O配方，而且可以有效地解决相变材料的腐蚀、漏液、过冷和相偏析等问题。可以看出，将CaCl2·6H2O与导热系数低的无机多孔支撑材料相结合，得到的复合PCM不仅不会出现上述CaCl2·6H2O的问题，而且具有储热性能，导热系数降低。毫无疑问，由无机绝缘载体和CaCl2·6H2O组成的复合材料对于开发具有良好隔热性能、高蓄热性能和不燃烧性能的新型建筑围护结构是非常理想的。

此外，水合盐的实际应用还必须考虑水的蒸发：Wu[47]人开发了石蜡包覆水合盐/ EG复合材料，抑制了水合盐的相偏析，降低了过冷。此外，复合材料在25℃~ 50℃之间具有良好的热稳定性。Zhang等[48]制备了六水氯化钙/硅藻土/石蜡复合材料PCM，观察到石蜡涂层抑制了体系的过冷，并将结晶温度从−10℃提高到3.2℃。因此，新型载体材料/稳定剂和简便的水合盐封装方法仍然是开发经济的、具有更高存储密度、抑制过冷效应和更好形状稳定性的热能存储和管理系统的关键挑战。

Shen等[32]提出了一种简易且绿色的策略来制造具有提高热性能的形状稳定相变材料，用于先进的热能储存和管理。以轻质海绵纤维素(CS)作为载体材料。CS的三维互联网络作为支撑骨架，在相变过程中提高PCM的形状稳定性，同时保持其高质量分数。水合盐先经石蜡乳化分离;水合盐/石蜡复合材料(HPC)在疏水改性的CS中易于吸附和稳定，形成SSPCM，抑制了水合盐的过冷。水合盐与石蜡的乳化作用对SSPCM的热性能提高起着重要作用。从结果可以看出，石蜡作为乳液的连续相，不仅可以防止水合盐的水分蒸发，还可以促进水合盐的结晶，降低过冷度。此外，乳化还改变了水合盐的亲水性，促进了多孔CS的形状稳定。稳定形状和防漏的CS只占SSPCM的很小的重量部分(7.3%)。合成的复合材料具有非凡的储能性能(ΔHm = 227.3 J/g)，过冷度从34.2°C降低到19.5°C，热稳定性提高，形状稳定性优异。据我们所知，对于封装的PCM来说，这是一个相对较高的能量存储密度。