四川大学傅强教授/吴凯副研究员团队报道了一种基于“定构”的策略实现了聚光相变储热技术的可控热管理，通过诱导相变材料（PCMs）内部导热网络的多向取向，赋予了传统PCMs“快速”、“均匀”、“可控”的传热特点，将日常生活中最常见的太阳光源源不断地转换成热能和电能。相关研究成果在线发表于材料领域优秀期刊ACS Nano上。

图1 聚光相变储热技术的概念和器件示意图

热电技术可以将太阳光的热能通过热电效应转化成电能，被认为是俘获/存储/利用清洁太阳能的一种重要技术。特别地，将热电技术以聚光的形式集成到相变储能材料上，而不是直接将入射的太阳光设置在热电装置上，具有诸多的优点（图1）：（1）利用PCMs巨大的相变潜热，可以持续不断地为电子器件提供电能，而不会受到天气变化/光照强度浮动的影响；（2）聚光技术的受热面积小，减小了与外界环境的换热面积，有利于充分利用太阳能并有效降低热损失。然而，这种聚光相变储热技术的挑战则是：聚光处热源处的热量发生聚集，无法有效地传导至PCMs整体，被完善地吸收和存储。这一问题的本质是PCMs的导热系数低、传热路径不可控，导致PCMs传热路径短、传热速度慢、传热不均匀。

图2 聚光相变材料声子导热结构的“定构”过程。

针对上述问题，在本文中，我们从冰晶生长热力学和动力学出发，可控诱导氮化硼三维骨架的“overlapped interconnection”和“radial orientation”（图2），解决了过去导热材料面内方向和垂直方向导热系数无法同时提升的难题，同时赋予了PCMs材料“定构传热”的效果：如图3，聚光处的热量可通过定构的氮化硼声子网络定向、可控地传递到整个PCMs，具有快速、均匀、可控的传热特点，从而能够将入射的太阳光产生的热量充分地被PCMs吸收和转化。我们在2020年的冬天（2月24日），在我国光照强度比较低的一个城市（四川绵阳）开展了实地的光-热-电转换实验，在没有较强光照的条件下，这种聚光相变储热器件就能产生40 W/m2的电能，远远超出了同类型的相变储热文献报道的效果。

图3 聚光相变储热技术的可控传热效果与光-热-电转换。

该技术仍存在很多不足。例如：（1）受限于较低的导热系数，传热路径无法达到“米”的水平，器件无法被进一步放大；（2）整个器件在设计的过程中，诸多环节造成的热损失仍然较大；（3）材料的制备无法规模化，离实际应用还有一段距离。因此，这个体系的研究工作我们也正在不断地改进和完善。但我们相信，这种聚光相变储热技术，还是有望为高效利用清洁太阳能、缓解能源/环境等问题提供一些新的思考和启发。

本文来源：ACS Nano，高分子科学前沿，转载在于传递更多行业信息，如有不适，请联系我们，谢谢。

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