用于可再生能源储存和废热回收的相变热电池需要高能量密度和快速充电，这两者是相互排斥的，因为具有高熔化焓的相变材料(PCM)通常是不良的导热体。可通过制造导热系数更高的复合相变材料(CPCMs)和/或施加外力实现紧密接触熔化(CCM)来提高充电速率。然而，这些方法不可避免地导致能量密度损失和/或额外的能量消耗。

2026年1月7日，浙江大学范利武、宁波大学叶羽敏、美国普林斯顿大学胡楠共同通讯在Nature在线发表题为“Pulse heating and slip enhance charging of phase-change thermal batteries”的研究论文。该研究提出一种新型滑移增强型紧密接触熔化机制，能够以近乎被动的方式实现相变热电池的快速充电。

世界上约90%的能源转换和使用都与热能有关。除了增加能量存储能力之外，热量还需要快速存储在热电池中，以便在特定的时间和地点释放，从而满足可再生能源应用的需求。遗憾的是，普通相变材料(尤其是具有高熔融焓的有机材料)的导热性差，严重限制了它们的功率密度，因此对实现具有高能量密度和快速充电的相变热电池提出了困难的挑战。然而，一个关键的区别在于热电池的热阻RT，它取决于导热系数k和由传导或/和对流控制的局部温度梯度(dT/dx)，这使得推动相变热电池的功率密度极限具有挑战性。

相变热电池的快速充电（图源自Nature）

该研究提出了一种通过界面设计实现相变储热装置快速充热的新机制—滑移强化接触熔化，并在基于普通低导热有机相变材料体系的装置中验证了其快速充热效果。研究构建了一种将预热层与滑移界面相结合的全固态复合表面，并将其应用于容器内部侧壁，以实现滑移强化接触熔化过程。其中，预热层通过PET薄膜进行脉冲加热，滑移层则由等离子体增强化学气相沉积形成的“类液表面”实现表面滑移。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09877-0