热能储存对全球能源系统至关重要，约90%的能源转换与利用过程涉及热能。为适配可再生能源应用，热电池需实现快速储热与定时定点释能。然而，当前相变热电池面临的核心难题在于常见相变材料（尤其高熔融焓有机材料）热导率较低，严重限制了其功率密度，使得同时实现高能量密度与快速充电极具挑战。传统提升功率密度的方法主要通过添加填料构建复合相变材料以提高等效热导率，但往往以牺牲能量密度为代价，且充电功率密度随材料尺寸增大而显著下降。这一矛盾源于热阻的复杂性，随着充电过程中相界面远离加热边界，传热距离增加导致温度梯度减小，从而降低功率密度。为缩短传热距离，紧密接触熔化机制通过形成薄液膜维持较高温度梯度，可将功率密度提升至约170 kW m-3，若施加外部机械或电磁力维持该模式，功率密度可进一步提高至770 kW m-3，但这类主动策略需消耗额外能量、增加系统复杂度，并给大规模密封集成带来困难。因此，开发兼顾高功率密度、高能量密度及工程可行性的新型热管理策略成为该领域的关键课题。
二、【成果掠影】
在此，浙江大学范利武研究员、普林斯顿大学胡楠和宁波大学叶羽敏教授等人（共同通讯作者）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。作者通过在相变材料容器的内侧壁面施加由脉冲加热层和类液体滑移表面层构成的全固态复合涂层，实现了滑移增强型紧密接触熔化模式。脉冲加热层仅需极少预热能量即可使固态相变材料与侧壁分离，在充电开始时触发紧密接触熔化，随后类液体滑移表面层促进剩余固态相变材料的下沉，维持其与加热底部之间增强的“紧密接触”状态。
研究显示，与现有聚焦于加热表面或紧密接触熔化区域内部传热强化的研究不同，本文的方法利用了热电池侧壁边界处的滑移效应，相比无滑移边界的传统紧密接触熔化机制，该策略将等效热阻降低了一半。同时，本文建立了理论模型阐释滑移边界增强紧密接触熔化过程的内在机制，随后通过200毫米尺度的原型热电池验证了滑移增强型紧密接触熔化概念，使用有机相变材料实现了高达1100 ± 2% kW m-3的功率密度。
相关研究成果以“Pulse heating and slip enhance charging of phase-change thermal batteries”为题发表在Nature上。
三、【核心创新点】
1.本文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；
2.建立了理论模型阐释滑移边界增强紧密接触熔化过程的内在机制，随后通过200毫米尺度的原型热电池验证了滑移增强型紧密接触熔化概念，使用有机相变材料实现了高达1100 ± 2% kW m-3的功率密度。
四、【数据概览】
图1 相变热电池的快速充电© 2026 Springer Nature
图2 © 滑移增强型紧密接触熔化驱动的快速充电过程2026 Springer Nature
图3 滑移增强型紧密接触熔化的流动与热分析© 2026 Springer Nature
图4 基于滑移增强型紧密接触熔化技术热电池的性能表现© 2026 Springer Nature
五、【成果启示】
综上所述，本文报道了一种基于复合涂层理性设计的策略，能在不牺牲能量密度的前提下大幅提升充电速度。该涂层可在密封热电池内部实现滑移增强型紧密接触熔化机制，采用有机相变材料的原型器件实现了创纪录的功率密度。此外，涂层设计集成了脉冲加热层与类液体滑移表面，建立了理论模型以阐明滑移表面对充电速率的增强机制。该策略具有高循环寿命、强适应性和良好可扩展性，可推广至多种相变材料体系，为实现宽温域内的高性能热能存储提供了通用解决方案。
文献链接：“Pulse heating and slip enhance charging of phase-change thermal batteries”（Nature，2026，10.1038/s41586-025-09877-0）
