冰块夏季制作清凉饮品广受欢迎，而德克萨斯农工大学的材料科学研究正推动热能储存系统(“冰电池”)取得更大进步。材料科学与工程系副教授帕特里克·沙姆伯格博士专注于研究储存和释放热能的材料，在发表于《物理化学杂志C》的论文中，他与合著者探讨了提升材料性能的方法。

冰电池系统工作原理是，在夜间电价低、需求少时，将水或其他材料冷冻，储存的冷量白天用于给建筑物降温，以此减少峰值能耗、降低成本。这一概念虽不新鲜，但沙姆伯格的研究致力于解决关键挑战，即让系统内材料更高效、稳定、持久。

沙姆伯格称：“冰电池技术已存在一段时间，但在材料方面，我关注在合适温度下用什么材料合适、能否实现可逆、能否让其持续30年等问题。”

这些系统虽白天减少对电网依赖以节省能源，但夜间仍需消耗电力来冻结水，较大系统每晚冻结约500,000磅冰。

沙姆伯格团队正在开发盐水合物(晶体结构含水分子的盐)及其他能在适合环境温度下储存和释放热能的化合物。通过调整材料温度范围，团队旨在提高能源效率，使系统更适配冷却和加热应用，特别是使用热泵的建筑物。沙姆伯格表示：“我们将其置于特定温度，以便与特定HVAC系统集成方法兼容。”

“相分离”是最大的技术挑战之一。在许多盐水合物系统中，材料会分离成不同成分和密度的固相和液相，随时间推移会降低性能。该研究旨在通过更好理解材料热力学来防止这种性能下降，目标是找到更稳定、能多年可靠循环的成分。

沙姆伯格研究的更广泛目标是支持更灵活、更具韧性的能源电网。随着太阳能和风能等可再生能源日益普及，电网面临更严重的供需波动，将能源使用从高峰时段转移的技术变得至关重要。

沙姆伯格说：“我们不想通过建造更多发电厂解决电网问题，那是非常昂贵的解决方案，还会提高整体电费。”

通过在电价低廉时储存冷量，用电高峰时使用，建筑物可降低能源费用并帮助稳定电网。沙姆伯格称，理想系统应能无缝集成到现有暖通空调系统(HVAC)中并自动运行。目前，冰电池系统已投入使用，纽约市30层的Eleven Madison大厦就采用了该系统。

更多信息：Denali Ibbotson 等人，《反应性盐水合物相变材料中成核粒子的可变性》，《物理化学杂志 C 辑》(2024 年)