日本國立研究開發法人產業技術綜合研究所開發出了兼具高蓄熱密度和堅固性的二氧化釩相變蓄熱構件。產綜研此前就發現可以燒結二氧化釩，但得到的燒結體比較脆弱，無法作爲構件使用。此次開發了在燒結程序中讓釩與氧發生特殊反應的粉末材料，使之前極難固化模製的二氧化釩燒結變得容易，並透過物質的相轉換潛熱使之具備蓄熱功能，實施了細密、牢固且可以加工的二氧化釩塊狀構件。
冰和二氧化釩粉末等以往的材料與此次開發的二氧化釩塊狀構件的比較
此次，研究人員調查了燒結氧化釩粉末時氧與釩發生的反應，根據獲得的結果，開發出了一種即使不添加氧化釩類以外的輔助原料，也能明顯燒結的粉末調變方法。透過燒結該起始粉末，獲得了以兼具高蓄熱密度和堅固性的二氧化釩爲主要成分的相變蓄熱構件。
而且這種材料即使利用實驗室裏的簡易裝置，也能輕鬆獲得圖1所示的大尺寸（直徑50mm×厚5mm）圓盤形塊狀構件。該構件顯示出了維氏硬度爲300Hv以上，抗壓強度爲160MPa以上的機械強度。
圖1：新開發的相變蓄熱構件（左爲燒結構件，右爲切割後）
如圖2所示，這個值與以往的材料（未調變的二氧化釩粉末的燒結體）相比顯著提高，與面向部件加工用途調變的陶瓷材料（即可加工陶瓷）基本相同。因此，可透過路塹等方式輕鬆加工成任意形狀。另外，此次開發的塊狀二氧化釩構件的蓄熱密度約爲二氧化釩粉末的潛熱產生的蓄熱密度（約爲250J/cm3）的95％，基本維持了二氧化釩粉末的特性。
在此前的研究中已經知道，透過在二氧化釩粉末（相變溫度約爲70℃）中添加第3種元素，能將決定蓄熱工作溫度範圍的相變溫度由5℃以下調整至近100℃，此次開發的技術對添加了第3種元素的二氧化釩粉末也有效，可以製作控制蓄熱工作溫度的構件。
以前，0℃左右的代表性蓄熱材料爲冰（蓄熱密度爲333J/cm3），另外，石蠟類油脂材料（蓄熱密度約150～200 J/cm3）針對40℃～70℃範圍内的蓄熱用途推進了用途開發。這些材料雖然蓄熱密度大，但都會在相變時解凍，所以爲了保持形狀或避免解凍相流出，需要使用容器等。但容器等會成爲熱量在物件物體與蓄熱構件之間傳遞時的熱阻，導致蓄熱密度減量及蓄熱所需的時間延長。此次開發的蓄熱材料擁有與冰和石蠟相當的蓄熱密度，而且工作溫度也能覆蓋這些以往材料的工作溫度範圍。不僅如此，還可以加工成具備蓄熱能力的構件，因此可以考慮加工成熱交換器的翅片形狀，與物件物體直接進行熱交換，或者直接構成電子產品的部分機殼。
圖2：此次開發的透過燒結形成的二氧化釩相變蓄熱構件（開發材料）及採用以往的釩氧化物粉末的構件（以往的材料）的抗壓強度比較
文 JST客觀日本編輯部
