行业背景与重要性 - 热池是专门用于存储和释放热能的装置，在能源体系中占据不可替代的地位，全球终端能源消费中有近50%最终以热能形式被直接利用掉 [1][14] - 储热应用广泛，从家用保温杯、热水罐到太阳能光热电站的熔盐储罐及工业余热回收系统，本质都是储热“热池” [1][14] - 目前主流储热方式包括显热储热、相变储热和热化学储热，其中相变储热利用材料固液相变过程中的潜热实现热能存储与利用 [1][15] 技术瓶颈与过往研究路径 - 相变材料长期面临核心矛盾：高储热密度和快速充放热能力难以兼得，限制了其充放热功率 [1][15] - 在0到200℃温区内，石蜡、糖醇等高储热有机材料导热性能普遍很差，导致充放热慢 [5][18] - 过往研究主要沿两个方向：一是添加高导热填料，但会牺牲储热容量、降低流动性并损害系统可循环性；二是利用接触熔化机制，但需要运动部件或额外能耗，难以实现长期循环及规模化封装 [5][18] 浙江大学团队的技术突破 - 团队提出基于“滑移强化接触熔化机制”的创新方案，通过给储热容器内壁涂覆200纳米厚的超薄涂层，并结合预热层实现表面滑移及脉冲加热 [2][15] - 该技术首次将相变热池的功率密度推至超过1兆瓦每立方米，相比传统储热装置提升十倍以上 [2][15] - 突破关键源于将关注点从加热面扩展到非加热侧壁面，通过促进材料从冷壁滑落回加热区来维持高传热温度梯度 [5][18] 技术原理与研发过程 - 研发过程经历多轮迭代，从高能耗的外部整体加热，转向受汽车除冰启发的集成于容器内壁的局部脉冲加热，大幅提升响应速度和能效 [7][20] - 团队将表面改性从加热面转移至侧壁，借鉴气液相变研究中的界面修饰思路，使用类液超滑涂层降低材料在侧壁的滑动阻力 [7][20] - 该复合涂层采用等离子体增强化学气相沉积技术制备，厚度约200纳米，表面粗糙度仅0.67纳米 [7][20] - 脉冲预热仅需占总储热容量的0.4%，即可在容器内壁与材料间形成约40微米的液膜，使材料脱离冷壁滑向加热面，超滑涂层确保持续紧密接触 [8][21] 实验成果与性能表现 - 在高度约20厘米的原型机中实现了1.1 MW/m³的功率密度，并可同时稳定维持27 kWh/m³的能量密度 [11][24] - 经过50次完整充放热循环测试，功率密度始终保持在峰值的97%以上，衰减不到3%，展现优异循环稳定性 [11][24] - 使用熔点118℃的赤藓糖醇，装置在150℃下完成50次循环后快充性能稳定，涂层在250℃下加热10天滑移性能仅轻微衰减，热分解温度高达360℃ [11][24] 技术优势与规模化前景 - 该技术突破点在于同时保持高储热密度和高功率密度，有望使大型储热系统在几分钟到十几分钟内完成充热，满足工业节奏 [12][25] - 相比显热储热（能量密度低但结构简单成本低），该技术解决了相变储热体积放大后充放热速率急剧下降的瓶颈 [12][25] - 从20厘米原型到米级系统仍有工程细节需打磨，但核心技术路径清晰，团队对工程化前景有信心 [12][25] 潜在应用场景与产业化进展 - 潜在应用广泛，包括冶金、纺织、化工等行业中100到200℃的中低温余热回收、太阳能光热系统昼夜储能、建筑区域供热与空调蓄冷以及电动交通热管理 [12][25] - 团队已与一些企业展开初步探讨，推动中试规模验证，若后续工程化顺利，3到5年内有望在特定场景实现示范应用 [12][25] 未来研究方向 - 关注相变材料长期循环寿命，已通过材料改性将糖醇循环寿命提升到1,000次以上，高温运行时间超过10,000小时 [13][26] - 研究不同温区的适配性，应对高温熔盐或金属材料对涂层耐温性及容器热应力的挑战 [13][26] - 探索与真实应用场景深度耦合，如寒冷地区太阳能跨季节储热等极端环境应用 [13][26]