德克萨斯农工大学材料科学研究取得新进展，正推动热能储存系统(“冰电池”)发展。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，其与合著者在《物理化学杂志C》发表的论文探讨了提高这些材料性能的方法。

冰电池系统工作原理是在夜间电价低、需求低时冷冻水或其他材料，储存冷量用于白天为建筑物降温，减少峰值能耗、降低成本。不过，该技术虽不新鲜，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。他提出疑问：在合适温度下，何种材料适用?能否实现可逆?能否让材料持续30年?

目前，这些系统虽白天减少对电网依赖，但夜间仍需用电冻结水，较大系统每晚冻结约500,000磅冰。沙姆伯格团队正开发盐水合物及其他能在合适温度储存和释放热能的化合物，通过调整材料温度范围，提高能源效率，使其更适配冷却和加热应用，尤其是使用热泵的建筑物。

研究面临的最大技术挑战之一是“相分离”，许多盐水合物系统会出现材料分离成不同成分和密度的固、液相情况，降低性能。研究旨在通过深入理解材料热力学防止这种降解，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。随着可再生能源普及，电网供需波动加剧，转移能源使用时段的技术愈发重要。沙姆伯格表示，不想通过建造更多发电厂解决电网问题，这成本高昂且会提高整体电费。

通过在电价低时储存冷量、用电高峰时使用，建筑物可降低能源费用并稳定电网。理想的系统应能无缝集成到现有暖通空调系统并自动运行。目前，冰电池系统已投入使用，纽约市30层的Eleven Madison大厦便是应用案例之一。

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)。