一罐冰或热水能成为电池吗?是的!如果电池是一种储存能量的设备，那么储存热水或冷水来为建筑物的供暖或空调系统供电是一种不同类型的能量储存。这种被称为热能储存的技术已经存在很长时间了，但经常被忽视。现在，劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的科学家们正在共同努力，将热能存储提升到一个新的水平。
为了克服传统水基热能储存的一些限制，伯克利实验室的科学家们正在研究开发下一代材料和系统，以用作加热或冷却介质。他们还创建了一个分析成本的框架，以及一个比较节省成本的工具。在今年发表的一系列论文中，伯克利实验室的研究人员报告了这些领域的重要进展。
”建筑脱碳非常具有挑战性，特别是在供暖方面伯克利实验室能源技术副实验室主任拉维·普拉舍说。”但如果你以最终使用的形式储存能量，也就是热量，而不是以能源供应的形式储存能量，也就是电力，节省的成本可能会非常引人注目。现在有了我们开发的框架，我们将能够权衡热能存储和电能存储的成本，比如锂电池，这在目前为止是不可能的”。
在美国，建筑占总能源消耗的40%。其中，近一半用于热负荷，包括空间加热和冷却，以及水加热和制冷。换句话说，所有产生的能量的五分之一用于建筑物的热负荷。到2050年，随着天然气逐步淘汰，供暖越来越多地使用电力，对电网热负荷的需求预计将急剧增加。
”如果我们使用热能存储，其中原材料更丰富，以满足热负荷的需求，这将放松对电化学存储的部分需求，并将电池释放出来，用于不能使用热能存储的地方伯克利实验室热能小组负责人Sumanjeet Kaur说。
可行的，具有成本效益的电池替代品
随着我们的社会继续电气化，预计对电池存储能量的需求将是巨大的，到2030年，估计每年电池产量将从目前的不到0.5太瓦时(TWh)达到2至10太瓦时(TWh)。在可预见的未来，随着锂离子电池成为主要的存储技术，一个关键的制约因素是有限的原材料供应，包括锂、钴和镍，这些是当今锂电池的基本成分。尽管伯克利实验室积极地工作为了解决这一限制，还需要替代形式的能源储存。
”目前锂电池在原材料供应方面面临巨大压力Prasher说。”我们相信热能储存是一种可行的、可持续的、具有成本效益的替代能源储存形式”。
热能存储可以在各种规模上进行部署，包括在单个建筑物中(如您的家庭、办公室或工厂)或在地区或区域一级进行部署。虽然最常见的热能形式是使用大型热水箱或冷水，但还有其他类型的所谓显热储存，例如使用沙子或岩石来储存热能。然而，这些方法需要大量的空间，这限制了它们作为住宅的适用性。
从液体变成固体，然后再变回来
为了克服这一限制，科学家们开发了储存热能的高科技材料。例如，相变材料在相之间转换时吸收和释放能量，例如从液体到固体再返回。
相变材料有许多潜在的应用，包括电池的热管理(防止它们变得太热或太冷)，先进的纺织品(想想可以自动保持温暖或凉爽的衣服，从而实现热舒适，同时减少建筑能耗)，以及发电厂的干式冷却(以节约用水)。在建筑物中，相变材料可以添加到墙壁上，就像建筑物的热电池一样。当环境温度上升到材料的熔点以上时，材料就会改变相并吸收热量，从而为建筑物降温。相反，当温度降至熔点以下时，材料相变并释放热量。
然而，相变材料的一个问题是，它们通常只在一个温度范围内工作。这意味着夏季和冬季将需要两种不同的材料，这增加了成本。伯克利实验室着手解决这个问题，并实现了所谓的转变温度的“动态可调性”。
在最近发表在《细胞报告物理科学》上的一项研究中，研究人员首次实现了相变材料的动态可调性。他们的突破性方法使用离子和一种独特的相变材料，将热能储存和电能储存结合起来，因此它可以储存和供应热量和电力。
”这项新技术确实是独一无二的，因为它将热能和电能结合到一个设备中该研究的共同通讯作者、应用能源材料小组负责人高刘说。”它的功能就像一个热电电池。更重要的是，这种能力增加了储热潜力，因为它能够根据不同的环境温度调整材料的熔点。这将显著提高相变材料的利用率”。
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