近日，我院師生在國際知名期刊《Chemical Engineering Journal》(JCR一區(qū)，中科院一區(qū)TOP，IF=13.2)上發(fā)表了題為“Efficient Cross-Seasonal Utilization of Solar Energy Driven by Sodium Acetate Supercooled Phase Change Materials”的研究論文，論文第一作者為我院2022級碩士畢業(yè)生潘明明，通訊作者為汪玲玲教授和王德兵老師。

文章鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.171225

內(nèi)容簡述：

太陽能的間歇性和不穩(wěn)定性導(dǎo)致供需在時間和空間上的錯配，從而限制了其利用效率。相變材料（PCMs）是太陽能熱儲存的理想候選材料，但其在放熱過程中的自發(fā)結(jié)晶限制了潛熱儲存時長。為此，我們開發(fā)出具有顯著過冷效應(yīng)的復(fù)合相變材料以突破此 局限。首先采用乙酸鈉（SA）-水體系作為相變基質(zhì)，通過羥乙基纖維素（HEC）增強(qiáng)過冷穩(wěn)定性，并引入碳微球（CB）提升光熱轉(zhuǎn)換效率。優(yōu)化后的SA/HEC-CB 80 復(fù)合材料展現(xiàn)出96.43%的高光熱轉(zhuǎn)換效率，在-18℃至-20℃環(huán)境下仍保持120天以上穩(wěn)定性，并可通過電觸發(fā)實(shí)現(xiàn)潛熱釋放調(diào)控。實(shí)際演示中，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“夏儲冬用”模式，持續(xù)3.5小時供應(yīng)40℃熱水；集成式應(yīng)急服裝通過機(jī)械觸發(fā)可在60秒內(nèi)升溫5-8℃。本研究為高效跨季節(jié)太陽能熱儲存提供了可行方案，有效緩解了太陽能利用時空錯配問題

最主要創(chuàng)新點(diǎn)：

該材料在室溫下即使經(jīng)受機(jī)械振動，仍能保持120天的卓越穩(wěn)定性。

光熱轉(zhuǎn)換效率高達(dá)96.43%，顯著提升太陽能利用率。

支持電控與機(jī)械觸發(fā)等多樣化放熱方式，可適應(yīng)各類應(yīng)用場景。

跨季節(jié)儲熱系統(tǒng)展現(xiàn)出顯著的實(shí)際應(yīng)用價值。

圖文導(dǎo)讀：

圖1. SA/HEC-CB相變材料復(fù)合物的制備過程。

圖2. (a) SA的掃描電子顯微鏡圖像；(b) HEC的掃描電子顯微鏡圖像；(c) CB的透射電子顯微鏡圖像；(d) SA/HEC-CB復(fù)合相變材料的掃描電子顯微鏡圖像；(e) 傅里葉變換紅外光譜圖；(f) 復(fù)合相變材料各組分的X射線衍射圖譜。

圖3. (a) 不同SA含量下的相變焓；(b) 制備前與室溫儲存后的結(jié)晶現(xiàn)象；(c) 不同HEC含量對SA相變焓的影響；(d) 低溫儲存后的結(jié)晶現(xiàn)象。圖3. (a) 不同SA含量下的相變焓值；(b) 制備前與室溫儲存后的結(jié)晶現(xiàn)象；(c) 不同HEC含量對SA相變焓值的影響；(d) 低溫儲存后的結(jié)晶現(xiàn)象。

圖4. (a) 透射率；(b) 消光系數(shù)；(c) 光譜輻照度；以及 (d) SA/HEC-CB的太陽加權(quán)吸光率。

圖5. SA/HEC-CB80復(fù)合相變材料：(a)相變焓值；(b)加熱與冷卻曲線；(c)光熱轉(zhuǎn)換效率；(d)電觸發(fā)紅外照片； (e) 新制備相變材料與儲存120天后材料的照片；(f) SA/HEC-CB80復(fù)合相變材料的可控觸發(fā)加熱曲線。

圖6. SA/HEC-CB80復(fù)合相變材料（a）堆放120天前后結(jié)晶狀態(tài)；（b）循環(huán)前后相變焓值；（c）低溫儲存后的結(jié)晶過程；（d）經(jīng)24小時振動后的結(jié)晶狀態(tài)。

圖7. 應(yīng)急防護(hù)服系統(tǒng)的紅外熱成像圖，顯示0秒、30秒、60秒及熱量釋放期間的內(nèi)部溫度變化（a）正面視圖；（b）背面視圖。

圖8. (a) 技術(shù)路線；(b) 集成槽式集熱器的跨季節(jié)蓄熱裝置；(c) 蓄熱曲線；(d) 電控?zé)後尫徘€。

上海第二工業(yè)大學(xué)能源與材料學(xué)院汪玲玲、于偉教授團(tuán)隊(duì)近年來專注于太陽能高效利用、儲能及熱管理材料的研發(fā)，取得了一系列重要成果，包括太陽能光熱利用（ACS Nano 2022, 16, 3843-3851；Energy & Buildings 2022, 271, 112336；Renewable Energy 2021, 175, 307-317等），大氣集水（Journal of Cleaner Production 2024，461，142661； Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 2023, 262: 112532），相變水凝膠實(shí)現(xiàn)高效太陽能存儲與建筑熱管理的應(yīng)用（ACS Appl. Mater, 2023, 15(32): 38474-38484.），跨季節(jié)儲熱（Chem. Eng. J. 2024, 499: 156058.）