图 (a) 基于滑移强化接触熔化的快充相变储热装置设计，(b) 液体相变材料在类液表面上的滑移长度表征，(c) 基于理论分析模型的热阻分析，(d) 相变储热装置功率密度以及能量密度对比
在国家自然科学基金项目（批准号：52276088）资助下，浙江大学范利武研究员团队联合宁波大学叶羽敏教授和普林斯顿大学胡楠博士团队在相变储热研究领域取得进展，相关研究成果以“基于热脉冲及滑移边界的相变储热装置充热过程强化（Pulse heating and slip enhance charging of phase-change thermal batteries）”为题于2026年1月8日发表于《自然》（Nature）杂志上，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09877-0。
热能存储是提升能源转换与利用效率的关键技术，在工业生产和日常生活中均发挥着重要作用，是推动能源结构低碳化转型与可持续发展的重要支撑。相变储热凭借其能量密度较高、适应温区广泛以及储/释热过程灵活可控等优势，在可再生能源利用、工业余热回收、建筑节能及热管理等领域具有广阔的应用前景。然而，相变材料普遍面临热导率较低的问题，严重限制了储热过程中的充热速率，使相变储热的“高能量密度”与“快充热能力”之间长期存在制约关系。
针对这一难题，研究团队根植于工程热物理学科，与流体力学及材料科学交叉融合，通过力学设计-表面工程-传热机制耦合，提出了一种全新的“滑移强化接触熔化”机制，实现了被动式微液膜介导的相变储热装置快速充热策略。该机制通过耦合预热层与滑移界面的全固态复合表面实现，典型相变材料熔融液在该表面上可表现出45~90 μm的滑移长度。团队基于润滑理论建立了适用于不同熔化特征的理论分析模型，分析了滑移强化接触熔化过程的传热特性及热阻变化并揭示了当滑移长度与侧壁微液膜厚度处于同一量级时，可在熔化过程中显著减小对剩余固体相的拖曳作用，整个充热阶段持续在底部加热面上维持更加紧密的接触熔化状态。在密封型的相变储热装置中，采用基于典型有机相变材料（十四醇）制备的复合相变材料可实现超1 MW/m3的超高充热功率密度并保持了27 kW∙h/m3的较高储热能量密度。此外，该工作还选用熔点超过100 ℃的糖醇类相变材料（赤藓糖醇），分别在可视化测试单元与密封相变储热装置中开展了实验验证，进一步证明了基于滑移强化接触熔化机制实现的快充相变储热装置设计具有高循环寿命、强适应性与可扩展性，适用于多种相变材料以实现宽温域的高性能热能储存。该研究成果为构建兼具“高能量密度”与“高功率密度”的相变储热装置提供了一条新的技术路径。