中國電鍍網(wǎng)資訊：我國工業(yè)能耗超過全社會(huì)能耗的70%，其中鋼鐵、有色等過程工業(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題，回收利用困難。同樣的問題也存在太陽能熱利用領(lǐng)域。因此儲(chǔ)熱技術(shù)成為工業(yè)余熱大規(guī)?；厥绽煤吞柲軣崂玫年P(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)余熱回收和太陽能聚光式熱發(fā)電都迫切需要開發(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。

中國科學(xué)院過程工程研究所濕法冶金清潔生產(chǎn)技術(shù)國家工程實(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)簡單，易于規(guī)?；a(chǎn)。相關(guān)成果發(fā)表在 solarenergymaterials&solarcells期刊上(guocaizhang,jianqiangli,etal.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 appliedenergy期刊上(bingqianma,jianqiangli,etal.2014,132,568-574,論文鏈接)后，很快引起國內(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)該類材料在太陽能熱利用和工業(yè)余熱方面的應(yīng)用。

以上研究工作受國家自然科學(xué)基金(no.50704031,51274182)、國家科技支撐計(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