上海第二工业大学于伟&汪玲玲CEJ：相变材料解锁太阳能跨季节储热高效利用新路径

近日，我院师生在国际知名期刊《Chemical Engineering Journal》(JCR一区，中科院一区TOP，IF=13.2)上发表了题为“Efficient Cross-Seasonal Utilization of Solar Energy Driven by Sodium Acetate Supercooled Phase Change Materials”的研究论文，论文第一作者为我院2022级硕士毕业生潘明明，通讯作者为汪玲玲教授和王德兵老师。

文章链接：

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

内容简述：

太阳能的间歇性和不稳定性导致供需在时间和空间上的错配，从而限制了其利用效率。相变材料（PCMs）是太阳能热储存的理想候选材料，但其在放热过程中的自发结晶限制了潜热储存时长。为此，我们开发出具有显著过冷效应的复合相变材料以突破此 局限。首先采用乙酸钠（SA）-水体系作为相变基质，通过羟乙基纤维素（HEC）增强过冷稳定性，并引入碳微球（CB）提升光热转换效率。优化后的SA/HEC-CB 80 复合材料展现出96.43%的高光热转换效率，在-18℃至-20℃环境下仍保持120天以上稳定性，并可通过电触发实现潜热释放调控。实际演示中，该系统实现“夏储冬用”模式，持续3.5小时供应40℃热水；集成式应急服装通过机械触发可在60秒内升温5-8℃。本研究为高效跨季节太阳能热储存提供了可行方案，有效缓解了太阳能利用时空错配问题

最主要创新点：

该材料在室温下即使经受机械振动，仍能保持120天的卓越稳定性。

光热转换效率高达96.43%，显著提升太阳能利用率。

支持电控与机械触发等多样化放热方式，可适应各类应用场景。

跨季节储热系统展现出显著的实际应用价值。

图文导读：

图1. SA/HEC-CB相变材料复合物的制备过程。

图2. (a) SA的扫描电子显微镜图像；(b) HEC的扫描电子显微镜图像；(c) CB的透射电子显微镜图像；(d) SA/HEC-CB复合相变材料的扫描电子显微镜图像；(e) 傅里叶变换红外光谱图；(f) 复合相变材料各组分的X射线衍射图谱。

图3. (a) 不同SA含量下的相变焓；(b) 制备前与室温储存后的结晶现象；(c) 不同HEC含量对SA相变焓的影响；(d) 低温储存后的结晶现象。图3. (a) 不同SA含量下的相变焓值；(b) 制备前与室温储存后的结晶现象；(c) 不同HEC含量对SA相变焓值的影响；(d) 低温储存后的结晶现象。

图4. (a) 透射率；(b) 消光系数；(c) 光谱辐照度；以及 (d) SA/HEC-CB的太阳加权吸光率。

图5. SA/HEC-CB80复合相变材料：(a)相变焓值；(b)加热与冷却曲线；(c)光热转换效率；(d)电触发红外照片； (e) 新制备相变材料与储存120天后材料的照片；(f) SA/HEC-CB80复合相变材料的可控触发加热曲线。

图6. SA/HEC-CB80复合相变材料（a）堆放120天前后结晶状态；（b）循环前后相变焓值；（c）低温储存后的结晶过程；（d）经24小时振动后的结晶状态。

图7. 应急防护服系统的红外热成像图，显示0秒、30秒、60秒及热量释放期间的内部温度变化（a）正面视图；（b）背面视图。

图8. (a) 技术路线；(b) 集成槽式集热器的跨季节蓄热装置；(c) 蓄热曲线；(d) 电控热释放曲线。

上海第二工业大学能源与材料学院汪玲玲、于伟教授团队近年来专注于太阳能高效利用、储能及热管理材料的研发，取得了一系列重要成果，包括太阳能光热利用（ACS Nano 2022, 16, 3843-3851；Energy & Buildings 2022, 271, 112336；Renewable Energy 2021, 175, 307-317等），大气集水（Journal of Cleaner Production 2024，461，142661； Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 2023, 262: 112532），相变水凝胶实现高效太阳能存储与建筑热管理的应用（ACS Appl. Mater, 2023, 15(32): 38474-38484.），跨季节储热（Chem. Eng. J. 2024, 499: 156058.）