正如电池可以通过充放电实现电能的存储与释放，“热池”可以通过“充热”和“放热”实现热能的存储与释放。然而，如何使热能在“储得多”的同时“充得快”，一直是困扰科研人员的难题。
近期，宁波大学材料科学与化学工程学院叶羽敏教授团队与浙江大学范利武研究员团队和普林斯顿大学胡楠博士团队合作，在该领域取得突破性进展，相关研究成果以《Pulse heating and slip enhance charging of phase-change thermal batteries》为题，于北京时间1月8日发表在《Nature》期刊上，宁波大学为共同通讯作者单位。
相变储热是一种高效的热能存储方式，常用材料如石蜡、糖醇等在固态与液态转变时可以“吞吐”大量热量，就像“热的海绵”。但问题在于，这类材料导热能力普遍较差，热量传得慢，导致热池“充热”时间很长。传统解决方案要么往材料里加入高导热填料，结果牺牲了储热能力；要么借助机械、磁场等外力强行推动，相对复杂、耗能，也不利于实际应用。
三方联合研究团队换了一个思路：与其改材料，不如改“环境”。
他们给相变热池的内壁做了一次“超滑改造”。通过在容器内壁构建一种由预热层和“类液涂层”组成的复合表面，使原本容易粘壁的固态相变材料在加热时迅速“脱身”，并在重力作用下始终紧贴底部热源，持续高效地吸收热量。简单来说，就是让相变材料在热池里“自己滑动、自己贴近热源”，全程保持高传热效率。
基于滑移强化接触熔化的相变储热装置设计 © 2026 Springer Nature
这层关键的“类液涂层”正是宁波大学团队的核心贡献之一。该涂层由等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术制备，厚度仅约200纳米，表面粗糙度小于1 纳米，对界面热阻没有明显影响，却在高温环境下表现出类似液体表面的滑移特性，能让液态相变材料在表面形成45-90微米的“滑移长度”，大幅减少滑动时的摩擦阻力，让热量传递变得更加顺畅。同时，团队通过对涂层材料体系与结构设计的长期优化与反复验证，使该涂层不仅能够适应相变储能装置中的高温工况，同时兼具良好的机械稳定性和耐久性，支持长期循环与重复使用。
利用边界滑移强化接触熔化过程 © 2026 Springer Nature
在测试储能装置的“快充”效果时，若使用普通有机相变材料，热池的功率密度达到850 kW/m³（代表充热速度），能量密度保持31 kWh/m³（代表储热能力）；如果与导热增强的复合相变材料结合，功率密度更是飙升至1100 kW/m³，能量密度仍有27 kWh/m³，没有因追求速度而牺牲储热量。其综合性能达到了国际领先水平，实现“快充”与“高储”的双赢。得益于该加热层与“类液涂层”对多种有机/无机相变材料的良好适应性，该策略为开发兼具高能量密度与快充热能力的高性能相变储热装置提供了一种实用、经济且高效的解决方案。此外，所开发的“类液涂层”也适用于各类疏水、疏油、自清洁等功能表面，且可规模化生产，具有广泛的应用前景。
快充相变储热装置性能测试与所报道装置对比 © 2026 Springer Nature
这一突破得益于宁波大学叶羽敏团队与浙江大学范利武团队多年的跨校协作，通过不同学科在同一问题上的反复“碰撞”，让涂层材料、相变传热、微流体力学和工程应用真正走到一起。
叶羽敏教授长期从事功能性聚合物薄膜、先进化学气相沉积技术等方面研究，以第一/通讯作者在《Nature》等国际高水平期刊发表论文40余篇。团队致力于新型聚合物功能薄膜与涂层及相关装备的研发与产业化，获授权发明专利10余项，已实现多个功能薄膜与涂层产品的商业转化。
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