光热相变储能材料（PTCPCESMs）作为一种前沿的能源解决方案，正在为全球能源转型提供新的路径。它们通过光热转换载体和相变材料的结合，能够在光照充足时吸收和储存热量，并在光照减弱或无光照时释放储存的能量。这一特性使其在提高太阳能利用效率和解决太阳能间歇性问题上具有独特的优势。相变材料通常被微胶囊或多孔材料包裹，与有机、无机、碳基或金属基材料相结合，形成稳定、高效的储能系统。光热相变储能材料不仅在太阳能领域显示出巨大的应用潜力，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展现了广泛的应用前景。随着技术的不断进步和应用需求的增长，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扮演越来越重要的角色，成为推动绿色能源变革的关键力量。
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，有效地提高了能量利用效率。在实验中，这些材料能够在光照条件下快速吸收热量，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，利用微胶囊化技术与多孔材料相结合，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。研究发现，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。
2024年8月20日，相关研究以“ Photothermal Phase Change Energy Storage Materials: A Groundbreaking New Energy Solution ”为题发表于《Research》上。天津大学材料科学与工程学院博士研究生王令航为论文第一作者，天津大学封伟教授为论文通讯作者。 本研究获得国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。
图1：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。
结论与展望
PTCPCESM大大提高了热导率和光热转换效率，并部分解决了泄漏问题。然而，它们仍然面临着机械强度低、界面兼容性差、环境响应慢等挑战。未来的创新应侧重于：
（a）开发具有更高光热转换效率的PTCPCESM；
（b）探索具有精确可调的相变材料热辐射强度的PTCPCESM；
（c）改进PTCPCESM的封装系统，以提高其耐久性和防漏能力；
（d）引入支撑框架或刚性密封材料，以增强载体和复合材料的机械强度；
（e）通过化学改性提高相变材料与载体之间的界面相容性和导热性;
（f）不断研究高导热PTCPCESM系统，以优化各种应用的性能。
PTCPCESM正在改变多个领域的能源管理。它们有效储存和管理热能的能力使它们在向可持续能源实践的持续过渡中不可或缺。随着世界在太阳能、电动汽车、绿色建筑和太空探索方面不断取得技术突破，相变材料将在实现可持续和高效的未来方面发挥至关重要的作用。
作者简介
封伟，天津大学讲席教授，博士生导师，国家杰出青年基金获得者，国家“万人计划”科技创新领军人才和天津市“杰出人才”，天津市首批“131”创新团队负责人，英国皇家化学会会士（FRSC），日本学术振兴委员会JSPS高访学者，享受国务院政府特殊津贴专家。主要研究方向为功能有机碳复合材料在致密储能和智能材料与机构等领域的应用及产业化技术研究。
https://doi.org/10.34133/research.0460
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