近日，我所氫能與先進材料研究部熱化學研究組（DNL1903組）史全研究員團隊基于熱能長期存儲與可控釋放的理念，提出了時空相變材料（Spatiotemporal Phase Change Materials，簡稱STPCMs）的概念，為研究具有時空應用特性的新型相變儲能材料及開發新一代熱能存儲與利用技術提供了新方向。
相變儲能材料發生相變時能夠吸收或釋放大量潛熱并保持體系溫度恒定，在熱能存儲與利用領域展現出廣闊的應用前景。然而，傳統的相變材料低于相變溫度時即自發釋放出潛熱，難以實現熱能長期存儲與可控釋放，在時間與空間上極大限制了相變儲熱技術的實際應用；另一方面，為了保持相變材料儲能狀態，現有相變儲熱技術需要耗費額外能量或技術維持體系溫度高于相變溫區，無法體現出相變儲能技術的先進性與時效性。
為了深入研究相變材料儲熱行為，史全團隊自2015年開展有機醇相變材料體系熱力學性質研究（Chem. Res. Chin. Univ.，2015；J. Chem. Thermodyn.，2017；J. Chem. Thermody.，2019；Mater. Today Sustain.，2021）、新型復合相變材料開發（Sol. Energy Mater. Sol. Cells，2018；Sol. Energy，2020；ACS Appl. Polym. Mater.，2020；Energy Storage Mater.，2021；Chem. Eng. J.，2022；Adv. Funct. Mater.，2023）。2018年，團隊針對赤蘚糖醇難以克服的過冷行為，反其道而行之，通過復合載體增強分子間相互作用而加劇赤蘚糖醇過冷度，將相變潛熱穩定存儲于過冷狀態，繼而再通過冷結晶過程將潛熱釋放出，初步提出了時空相變材料的設想。
本工作中，團隊開發出一種具有時空儲熱特性的新型赤蘚糖醇復合相變材料。該復合相變材料可在室溫條件下穩定保持過冷的蓄能狀態2個月以上，隨后可通過簡單的熱引發與機械觸發的方式可控釋放出儲存的潛熱，冷結晶焓值可達178J/g，釋放的潛熱可將體系從室溫加熱至最高53oC，展現出優異的熱能長期存儲與可控釋放的性能。更重要的是，這種復合材料制備方法易放大，且赤蘚糖醇無毒、價格便宜、相變潛熱大，有望應用于開發規?；療崮艽鎯夹g。
團隊將這類具有潛熱長期穩定存儲與可控釋放特征的相變材料定義為時空相變材料，簡稱STPCMs（Spatiotemporal Phase Change Materials）。時空相變材料可使相變儲熱技術真正實現時間與空間上應用的自由，能夠作為一種“熱池”與電池相媲美，提升儲熱技術應用的靈活性、便捷性及時效性，為研究與開發新一代熱能儲存與利用技術提供了新的方向。
相關研究成果以題為“Spatiotemporal phase change materials for thermal energy long-term storage and controllable release”，發表在《能源化學》（Journal of Energy Chemistry）上。該工作的第一作者是我所DNL1903組碩士研究生李艷更和寇艷副研究員。上述工作得到中科院潔凈能源創新研究院—榆林學院聯合基金等項目的資助。（文/圖 寇艷）
