摘要：近年来，可再生能源和清洁能源在电力等领域的利用比重不断提高。然而，清洁能源（如风能、太阳能、生物能和地热能）的使用往往受到供应间歇、储存困难和稳定性差的限制。
近年来，可再生能源和清洁能源在电力等领域的利用比重不断提高。然而，清洁能源（如风能、太阳能、生物能和地热能）的使用往往受到供应间歇、储存困难和稳定性差的限制。
相变材料 （PCM） 具有热能存储容量高、成本低等特点，是清洁能源转换和储存的理想载体。在相变过程中，相变材料能够以潜热的形式储存热能，与其他类型的储热介质（例如显热和化学反应热）相比，潜热更高效、更稳定。除了储能，最近的许多研究还集中在 PCM 作为储能载体在太阳能转换方面的应用，建筑节能，热能管理和其他领域。
相变材料的部分应用
相变，也就是物质的物相（固、液、气）发生变化的过程,以水为例：水有三态：水蒸气、水、冰，分别对应气相、液相、固相。将常温的水逐渐加热，到达100℃时，水会逐渐沸腾，冒出大量气泡，直到完全蒸发，这个液相水变成气相水的过程，就是气---液相变；将常温的水放进冰箱的冷冻层，不断降温，水就会逐渐冷却，到0℃时开始结冰，变成冰水混合物，直到完全凝固变成一块完整的冰块。这个液相水变成固相水的过程，就是液---固相变。
自然界中各种各样的物质，绝大多数都是以固、液、气三种聚集态存在着,也能发生相应的相变过程。严格来说，所谓相，指的是物质系统中具有相同物理性质的均匀物质部分，它和其他部分之间用一定的分界面隔离开来。需要强调的是，物质只有一种气相，但并非一定只有一种固相或液相。比如金刚石和石墨都是碳的固相，但其物理化学性质完全不同，是两种不同的固相。石墨变成金刚石的过程也是一种固---固相变。
相变储能技术最新进展
新型赤藓糖醇复合相变材料
为了深入研究相变材料储热行为，中国科学院大连化学物理研究所研究员史全团队提出了时空相变材料的概念，该团队开发出的一种具有时空储热特性的新型赤藓糖醇复合相变材料，展现出优异的热能长期存储与可控释放的性能。这种材料不仅性能优异，而且制备方法易于放大，同时赤藓糖醇无毒、价格便宜且相变潜热大，为规模化热能存储技术的开发带来了巨大的潜力。
核心原理
该团队提出的时空相变材料概念，是对传统相变储能思路的创新拓展，其核心在于对材料相变过程在时间和空间维度上的精准调控，从而实现更高效、更稳定的能量存储与释放。他们所开发的新型赤藓糖醇复合相变材料，具有出色的时空储热特性。
新型相变储能技术示意图
这种材料的工作原理独特且高效。在室温条件下，它能够稳定保持过冷的蓄能状态长达两个月以上。这意味着在相当长的时间内，材料可以持续有效地储存能量，而不会出现能量的自然散失。引入光热转化单元后，经同一光源相同时长的光照后能达到的最高温度从48 °C提升至97 °C，当需要释放储存的能量时，通过简单的热引发与机械触发方式即可实现。这种可控的能量释放机制，使得能量的输出能够根据实际需求进行精准调节。其冷结晶焓值高达 178J/g，释放的潜热可将体系从室温迅速加热至最高 53℃，展现出了卓越的热能长期存储与可控释放性能。此外，这种材料制备方法简便，赤藓糖醇不仅无毒、成本低廉且相变潜热大，这一特性为规模化热能存储技术的开发奠定了坚实基础。
光热相变储能材料（PTCPCESMs）解决方案
针对可持续能源存储的挑战，天津大学FOCC团队封伟教授在其观点文章中探讨了一种创新的光热相变储能材料（PTCPCESMs）解决方案。相关研究以“Photothermal Phase Change Energy Storage Materials:A Groundbreaking New Energy Solution”为题发表于Research上。
研究背景
光热相变储能材料（PTCPCESMs）作为一种前沿的能源解决方案，正为全球能源转型提供新的可能性。它们通过将光热转换载体与相变材料相结合，在光照充足时吸收并储存热量，而在光照减弱或没有光照时释放储存的能量。这一特性使得它们在提高太阳能利用效率和解决太阳能间歇性问题方面具备独特的优势。相变材料通常被微胶囊或多孔材料包裹，并与有机、无机、碳基或金属基材料相结合，形成稳定且高效的储能系统。光热相变储能材料不仅在太阳能领域展现出巨大的应用潜力，还在建筑节能、交通运输、个人热管理和电子设备等多个领域具有广泛的应用前景。随着技术的持续进步和应用需求的不断增长，光热相变储能材料有望在未来的能源管理和可持续发展中发挥越来越重要的作用，成为推动绿色能源转型的关键力量。
针对可持续能源存储的挑战，天津大学FOCC团队封伟教授在其观点文章中探讨了一种创新的光热相变储能材料（PTCPCESMs）解决方案。该材料通过整合相变材料（PCMs）和光热转换载体，利用简单的相变热能存储与释放原理，有效地提升了能量利用效率。在实验中，这些材料能够在光照条件下迅速吸收热量，并在光照减弱或完全消失时缓慢释放热量，从而实现能量的高效管理。这种方法简便易行，通过结合微胶囊化技术和多孔材料，成功制备出具有高热容量和稳定相变特性的储能材料。这些材料不仅在实验室中表现出色，而且其制备方法具有高度的可扩展性，适合大规模应用和商业化生产。研究显示，光热相变储能材料在太阳能系统、建筑节能、个人热管理等领域展现出广泛的应用前景，有望成为下一代清洁能源储存的关键技术之一。
上图展示了相变材料与载流子结合时利用载流子的光热转换特性实现储能。在阳光充足的时期，载体将太阳能转化为热量，引起相变材料的相变并储存能量。在没有阳光的情况下，相变材料会释放储存的热量，从而提供热缓冲效果。PTCPCESM的多功能性和效率表明它们在现代能源和材料技术中发挥着越来越重要的作用，为各行各业提供可持续和高效的能源解决方案。
相变储能应用
新型相变储能技术的优势十分明显。首先，其高储能密度意味着在相同的空间内能够储存更多的能量，这对于空间有限但能源需求较大的场景至关重要。其次，稳定的温度控制特性使其在对温度敏感的应用中表现出色，例如建筑节能领域。在建筑中，将相变材料应用于墙板或地板，能够在白天吸收多余的热量，在夜间释放，从而有效减少空调或供暖的需求，降低能源消耗。此外，在能量利用效率方面，相变储能技术也大有用武之地。它可以储存太阳能，在夜间或阴天等阳光不足的时候释放出来，提高太阳能的利用效率。在电子设备热管理中，相变材料能够帮助设备有效地散热，保障设备的稳定运行。工业余热回收方面，相变储能技术能够将原本浪费的余热储存起来，再用于其他生产环节，实现能源的高效利用。
深圳国信储能技术有限公司致力于相变储能材料研发、生产、销售并提供节能方案设计及售后服务。经过10余年的技术沉淀，自有产品的性能指标已达国际先进水平，主持及参与编制多项相变材料行业标准，拥有发明和实用新型专利20多项,该材料的成功研制填补了国内多项空白；自主研发的技术（-70℃-186℃）已涵盖了冷链运输、中央空调蓄冷∕蓄热、通讯恒温机房/农业恒温大棚、建筑物恒温（相变玻璃、相变墙板、相变天花、相变地板等）、建筑物供暖热池、电池热管理等领域。
国信储能相变建材
企业自主研发具有自主知识产权的复合储能材料，利用廉价易得材料的相变原理研制而成，具有储热密度高、损耗低、安全稳定等特点。高端复合相变储能材料是由各类无机盐或有机材料组成的混合物，利用其固-液相变、液-固相变机理，具有储能密度高、经济环保、绿色零污染等特点。其中相变建材节能率20%-80%，被动储能+主动储能，减少电力的使用，提高室内热舒适度，节能减排。
小结
随着新能源的快速发展，储能技术愈加重要。相变储能材料作为一种新型储能材料，具备高能量密度、高效储存和释放能量、长期稳定等优点，在未来能源行业中有着深远的应用价值。
相比传统储能材料，相变储能材料不受环境温度变化的影响，其响应速度快、储存效率高，更为适合于应对新能源带来的波动性。因此，相变储能材料在应对新能源波动、保障电网稳定、提高能源利用率方面有着潜在的巨大市场。
素材来源：深圳国信储能技术有限公司、Research科学研究等
来源：科技凡人说
