热能的高效存储与利用是能源领域的关键课题。
从古代冰窖储冰、热水箱蓄热等简易方式,到现代基于相变材料的储热技术,人类对热量管理的探索从未停止。
然而,当前广泛应用的相变热池虽然具有储热密度高的优势,但普遍面临导热效率低、充热速度慢的瓶颈,这一矛盾长期制约了相变储热技术的实际应用前景。
浙江大学能源工程学院研究团队将突破口定位于"接触式传热"这一关键环节。
研究人员创新性地为热池内壁构造了一层全新的"全固态复合表面",其核心设计包含两个层次的功能:一是可脉冲加热的薄膜层,能够在储热材料与壁面接触处瞬间形成极薄液膜,使固态相变材料处于"悬浮"状态,大幅降低接触阻力;二是纳米级光滑的"类液涂层",由宁波大学团队提供的超滑涂层技术支撑,极大程度地消减了滑动摩擦。
同时,重力作用使材料持续下沉并紧贴热源,确保传热过程保持高效连续。
这一创新设计的效能在实验中得到充分验证。
采用普通有机相变材料时,热池的功率密度达到850千瓦每立方米,能量密度为31千瓦时每立方米;若与导热增强的复合相变材料相结合,功率密度上升至1100千瓦每立方米,能量密度仍保持27千瓦时每立方米。
这组数据表明,该技术成功实现了"快充"与"高储"的统一,打破了长期存在的技术困局。
该研究成果的取得离不开跨学科的深度合作。
浙江大学团队从工程热物理基础理论出发,融合了宁波大学超滑涂层技术和普林斯顿大学微流体建模技术,形成了优势互补的研究合力,充分体现了基础研究与应用研究相结合、国内外科研力量相融合的发展路径。
从应用前景看,这一技术方案具有显著的转化潜力。
该方案可直接改造现有储热装备,适配多种类别和多温度区间的相变材料,扩展性强。
在工业余热回收、太阳能热利用、电力电子热控等领域,这一技术都有望发挥重要作用,为企业的节能降碳与成本控制提供新的技术支撑。
目前,相关技术已在有机相变材料上实现上万小时的稳定运行,具备了规模化应用的基础条件。
研究团队后续计划进一步扩大热池规模,深入解析相变传热的微观机理,并重点攻克材料耐久性等关键工程问题,为技术的工程化和产业化创造条件。
在全球能源变革的关键时期,这项突破性研究标志着我国在储热技术领域实现从跟跑到领跑的跨越。
其背后所体现的基础研究定力与协同创新模式,为我国实现高水平科技自立自强提供了有益启示。
随着技术迭代与应用场景拓展,这项"中国方案"有望成为推动全球能源体系绿色转型的重要引擎,为构建人类命运共同体贡献科技力量。