用于热能存储的相变材料：从声子物理角度透视其性能|动力学|声子|新型高温超导体|热力学|热能存储|相变材料|粒子

热能储存正积极研究，应用于电网、工业和建筑领域，实现全可再生能源世界。相变材料（PCMs）常用于热能储存应用，设计起来较为困难，因为它们需要卓越的能量密度和热传输，而这两者都难以通过简单的物理模型预测。在本视角中，我们介绍了对PCM材料平衡和输运性能的最新进展，这些有助于加速技术发展。随后，我们强调液体和固体的微观声子图像如何促进对新型PCM系统及其预测能力的更好理解。随后，我们展示了如何利用这一显微图像来理解动力学过程，如过冷，以及它如何影响热能储存系统中的热功率输出。编译陈讲运

基于固液相变的相变材料（PCMs）是低温和高温应用中最有前景的TES材料之一。8 鉴于PCM TES的前景，在本视角中，我们介绍了对PCM材料热力学和动力学特性的最新进展，这些有助于加速技术开发。尽管具有潜力，许多基本性和应用问题仍未得到解答，例如：（i）如何建模和预测热力学性质，如聚变潜热，以设计新的相变材料？（ii）过冷等动力学过程如何影响PCM在不同长度尺度下的亚稳性？以及（iii）传输特性如热导率如何影响此类储能系统的热功率输出？

摘要与展望

在描述液态物理方面还有大量工作要做。没有任何模型能像范德华方程那样，用单一状态方程彻底预测液-液相变。没有这样的模型，无法准确预测无参数拟合的熔点，而这样的模型将极大提升我们筛选热能储存材料的能力。此外，目前尚无模型能准确预测不同液体温度相关的热导率，且没有此类模型，预测基于PCM的热能储存系统的功率输出和充电时间将需要耗时的实验数据。作者认为，微观/分子图景最适合用于平衡热力学建模，从而可以运用传统的统计力学配分函数表述及其众多结果。对于传输性质，如热导率，微观图像迅速复杂，传统的晶格动力学方法因强非谐势且泰勒展开不固定点而受阻。因此，更有益的做法是采用动力学理论学习方法，假设存在基本能量载流子，并从该能量载流子的谱/模态考量中得出结果。在非金属固体中，这个载流子就是声子。在液体中，有强有力证据表明高能和短程声子确实存在于纵向方向，在某些时间尺度下，横向也存在。未来值得关注的是，是否能发现新的、更基本的准粒子，这些粒子涵盖声子和横剪切弛豫，从而导致局部原子重排，以及它们是否能更深入地描述热传输。这些问题越能令人满意地回答，我们对筛选和设计热能储存的预测能力就越强。