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近日, 國際著名學術期刊《自然-通訊》 (Nature Communications) 線上刊登了上海交通大學材料科學與工程學院鄧濤團隊在太陽能熱儲存領域的最新研究成果. 這是該團隊繼Nature Energy, Advanced Materials, Journal of the American Chemical Society (JACS) 等成果後在新型熱能材料研究領域又一創新性突破. 上海交大是本文的第一作者及唯一通訊作者單位.
該團隊通過開發新型固液相變儲熱複合材料, 動態調控納米光熱材料在相變熱儲存基體中的分布狀態, 提出了一種全新的快速充熱的太陽能熱儲存方案. 該方法不僅實現了對太陽能的直接光熱轉換, 而且大幅提升了熱儲存速率, 保證了儲熱體系的高能量密度, 為開發高性能太陽能光熱儲熱和光熱利用技術提供了新的研究思路. 材料學院陶鵬副研究員和鄧濤教授, 交大密西根學院鮑華副教授為論文共同通訊作者, 論文第一作者為交大材料學院碩士研究生王忠勇, 葉欽賢, 以及交大密西根學院博士研究生童貞.
熱儲存是解決太陽光照間歇性, 能量密度低等缺點的核心技術, 是發展太陽能光熱利用技術的關鍵. 然而, 當前儲熱材料的導熱率一般較低, 嚴重地限制了熱能的儲存速率, 一直以來是制約太陽能儲熱技術發展和光熱利用推廣的重要因素之一. 不同於傳統依賴提高儲熱材料導熱率來改善儲熱速率的方法, 該項目團隊提出了基於太陽光子在儲熱材料中快速傳播來直接將太陽能轉化為熱能並儲存在相變材料中的新方法, 建立了相應物理模型揭示了新型熱儲存機制. 為解決因太陽光子被光熱材料吸收導致傳輸速度逐漸衰退的問題, 團隊提出了利用磁場動態調控光熱材料在相變儲熱材料中的分布來增強光子傳輸及光熱轉換, 從而實現太陽能光熱在相變材料中的長距離, 高效, 均勻的儲存. 此外, 該方案還大大降低了複合材料中納米材料的用量, 從而保證了儲熱系統的高熱容量, 高穩定性.
該項研究工作得到國家重點研發計劃 (No. 2017YFB0406100) , 國家自然科學基金 (51403127, 51521004, 51420105009, 21401129) 以及上海市晨光人才計劃 (15CG06) 等項目的資助.
