图 通过固-液界面能强化提高赤藓糖醇的过冷度实现长周期相变储热：（a）基于跨季相变储热的太阳能“夏热冬用”原理；（b）添加15%质量分数卡拉胶后的赤藓糖醇在低至-100℃的非等温冷却过程中的热流曲线；（c）改性赤藓糖醇在-30℃下长期存放后保持稳定过冷液态；（d）改性赤藓糖醇固-液界面能的提升效果；（e）利用超声方式成功实现改性赤藓糖醇在-30℃环境下结晶过程的可控触发
在国家自然科学基金项目（批准号：52276088）等资助下，浙江大学范利武研究员领衔的相变与微尺度传热团队在中低温跨季相变储热领域取得进展，相关研究成果以“面向跨季储热的高性能深过冷赤藓糖醇相变材料（Supercooled erythritol for high-performance seasonal thermal energy storage）”为题，于2024年6月11日在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications）杂志上，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-49333-7。
在“双碳”目标下，储热技术对于提升可再生能源利用效率，实现工业余热回收和建筑低碳供热具有重要意义。作为储热技术的一种，相变储热技术具有在中低温区储热密度大的优势。部分相变材料的过冷特性可以使其在熔点以下保持潜热不被释放的过冷状态，利用相变材料的过冷特性可构造太阳能跨季长周期储热系统，为寒冷地区建筑实现“夏热冬用”提供技术支撑。天然的相变材料难以维持较高的过冷度进而实现稳定的跨季长周期储热。因此，如何提升相变材料的过冷度是跨季储热应用领域亟待攻克的技术难题。
研究团队以赤藓糖醇作为目标相变材料，提出了一种基于卡拉胶的固-液界面能强化方法，从动力学调控层面提高了赤藓糖醇的过冷度。研究结果表明，在添加15%质量分数的卡拉胶后，赤藓糖醇的固-液界面能增加45.3%，临界吉布斯成核自由能增加544%，最小晶核半径增加136%（图）。在等温和非等温冷却条件下，经过界面能提升后的赤藓糖醇均在低至-100℃的低温环境中表现出了稳定的过冷行为。同时，研究团队通过简单的超声方式在-30℃环境下实现了结晶过程的可控触发，为改性后赤藓糖醇的潜热按需释放提供了有效方法。