你有没有把湿毛巾盖在头上，从夏天的炎热中解脱出来？如果是这样，您已经受益于相变材料 (PCM)：一种在物质的两种基本状态（例如固态、液态或气态）之间转换时释放或吸收能量的物质。你的湿毛巾能让你凉爽，因为水是一种 PCM，它在蒸发时会吸收热量——换句话说，当它从液态转变为气态时。

显示用于向容器内的 PCM 施加压力的活塞的实验装置；热源（加热垫）位于底部。

由于社会从化石燃料转向仅间歇性可用的可再生能源， PCM吸收和释放能量的能力最近引起了更多关注。由于夜间无法获得阳光，并且风向多变，因此我们无法在需要时立即捕获它们的能量；相反，我们需要方法来存储它以备将来使用。PCM 有望成为一种存储解决方案，但迄今为止，它们的使用受到看似棘手的技术挑战的限制。

现在，正如刚刚在 Nature Energy上发表的一篇论文中所详述的那样，通过一个非常简单的想法克服了一个重大挑战，为扩大使用 PCM 进行节能加热和冷却打开了大门。

Nenad Miljkovic，他是作者之一，也是博士。主要作者 Wuchen Fu 的顾问解释说，任何热能储存(TES) 系统都有两个重要指标：“一个是能量密度，即每单位体积或每单位质量可以储存的能量；然后是.. . 功率密度，即您可以从该系统中每单位体积或每单位质量提取能量的速率。” 两者都需要高水平，但大多数系统要么具有高能量密度但低功率密度（例如，一块冰），要么具有高功率密度但低能量密度（例如，一块金属）。

“传统上，三十多年来，人们处理这个问题的方式是将两者混合在一起。他们所做的是制造复合材料，其中一部分体积是金属或金属基体，以帮助传导热量和达到良好的功率密度，”他说。“但代价是它们正在失去存储材料，因此它们在此过程中牺牲了能量密度。”

“我们的方法所做的，”Miljkovic 解释说，“它是否将两者完全分离”，即能量密度和功率密度。

他们的见解是，对熔化的 PCM 施加轻微的压力可以解决问题，只需将 PCM 保持在熔化它的热源旁边即可。

以前，为了实现从固体到液体的转变，使用固定热源来熔化相邻的固定 PCM 块。随着热量熔化 PCM 的近侧，PCM 的“熔化前沿”远离热源——热源和收缩的 PCM 之间越来越远的距离转化为功率密度的减小，以及一个越来越低效的系统。

论文中讨论的实验证明了新方法的有效性。

Miljkovic 说，新解决方案的灵感来自于低技术观察，即如果你按下它，你可以帮助一块黄油在热锅中融化，而不是仅仅把它放进去等待。“我们在这里的主要贡献不是花哨的材料或昂贵的系统！实际上是简单，”他说。

“研究人员长期以来一直对热存储感兴趣，但它尚未用于许多应用，”共同作者威廉·金观察到。“我们确实需要高功率，才能使其在电动汽车、发电和数据中心等要求苛刻的应用中真正引人注目和有用。我们的工作使得以以前不可能实现的高功率实现热存储成为可能。”