开年首登《自然》！浙大团队研发可快充“热池”技术

电池是当代生活不可或缺的设备，而“热池”作为能量存储形式之一，与电池类似却专注于热量的存储与释放。古人的冰窖存冰、现代电热水器的储水箱，都是朴素的热池应用实例。

热池可分为多种类型，其中“相变热池”利用石蜡、水合盐、糖醇等材料在固液转换时的“相变潜热”储热。但长期以来，储热容量大与充放热速度快的矛盾，制约着相变热池的性能提升。

近日，浙江大学能源工程学院范利武研究员团队联合合作者提出“滑移强化接触熔化”新机制，通过“全固态复合表面”改造相变热池内壁，为破解这一难题提供了新思路。相关成果以《脉冲加热与滑移增强相变热池充热》为题，于北京时间1月8日发表在《Nature》期刊。范利武、宁波大学叶羽敏教授及普林斯顿大学胡楠博士后为共同通讯作者，浙大博士生李梓瑞为第一作者。

储热材料实现“自滑动、快传热”

范利武介绍，石蜡、水合盐、糖醇等相变材料储热密度高，但导热性差导致充热速度慢。传统提升充热速度的方法存在弊端：添加高导热填料会降低储热密度，依赖外力辅助则系统复杂、难以大规模应用。

团队从“接触式传热”入手，为热池内壁做超滑处理，使固态相变材料不粘壁，依靠自身重力紧贴底部热源，持续高效吸收热量。该方法无需特殊相变材料，仅通过优化内壁环境实现高效传热。

基于边界滑移强化的快充相变热池设计

这一思路转化为“全固态复合表面”技术，由脉冲加热薄膜（预热层）和类液涂层（滑移界面）组成。加热薄膜产生的微热使相变材料形成约40微米的超薄液膜，让固体材料脱离壁面；粗糙度不足1纳米的类液涂层，为液体材料提供45-90微米的滑移长度，大幅减少摩擦阻力。

液体相变材料在类液表面与原始表面上的滑动性能对比

范利武形象比喻：“就像锅底涂超滑涂层并小火预热，黄油不粘锅且能滑动快速熔化。”相变材料还会因重力下沉，压薄液膜，全程保持高效传热。

跨界合作催生“快充”创新

该技术的核心优势是兼顾“快充”与“高储”。测试显示，普通有机相变材料的热池功率密度达850kW/m³（充热速度），能量密度保持31kWh/m³（储热能力）；结合导热增强复合相变材料时，功率密度升至1100kW/m³，能量密度仍有27kWh/m³，未因速度牺牲储热量。

成果源于多学科交叉：宁波大学叶羽敏团队的超滑涂层技术、普林斯顿大学胡楠的微流体建模技术提供关键支撑。范利武介绍，叶羽敏是浙大材料学院校友，胡楠是他培养的博士，三人通过深入交流促成创意落地，整合各自领域前沿积累推动研究。

范利武团队

工业应用潜力巨大

李梓瑞表示，该技术可直接改造现有储热装备，适配多种相变材料和温区，扩展性强。其应用领域包括工业余热回收、太阳能热利用、电力电子热控等，能助力企业节能减碳、降低成本，催生绿色生产力。

长期主义培育创新人才

范利武在教学中鼓励学生探索理论根源。“滑移”创意萌发后，团队建立理论模型，经多次实验验证：当滑移长度与侧壁微液膜厚度量级相同时，可显著减小固体相拖曳力，触发快速熔化。通过大量实验与推导，最终在密封式相变热池测试装置中展现出良好快充性能。

利用边界滑移强化接触熔化过程

第一作者李梓瑞本科加入团队，在导师指导下积累基础后攻关原创难题。他坦言，攻坚过程充满不确定性，但团队信任与默契让他能沉下心投入科研“持久战”。这种长期主义培养模式，使学生从“会读书”成长为“会创造”的创新人才。

未来，团队计划扩大热池规模，深入解析相变传热机理，解决材料耐久性等工程问题。相关延伸研究已实现有机相变材料上万小时稳定运行，具备规模化应用潜力。范利武表示，希望该技术为全球能源可持续发展注入动能，展示中国热储能科研实力，为能源领域基础突破增添信心。

文字记者：浙江大学融媒体中心学生记者团 周天宇 | 查蒙

摄影记者：哲映

部分图片来源于受访者

今日编辑：浙江大学融媒体中心学生记者团 伍闻博

责任编辑：董晓萌 周亦颖精彩推荐

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原标题：《开年首篇《自然》！浙大团队研制出可快充“热池”》

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