伯克利实验室实验中的相变资料热能贮存技能可协助修建脱碳
技能被称为热能贮存，现已存在了很长时刻，但一直以来被忽视。现在，劳伦斯伯克利国家实验室（Berkeley Lab）的科学家们正在协同尽力，将热能贮存提升到一个新的水平。
为了战胜传统水基热能贮存的一些约束，伯克利实验室的科学家们正在研讨开发下一代资料和体系，以作为加热或冷却介质。他们还在创立一个剖析本钱的结构，以及一个比较本钱节省的东西。在本年宣布的一系列论文中，伯克利实验室的研讨人员陈述了在这些范畴中每一个范畴的重要开展。
伯克利实验室担任动力技能的副主任Ravi Prasher说："使修建物脱碳是十分具有挑战性的，尤其是供暖方面。可是，假如以终究用处（即热能）的办法贮存能量，而不是以动力供给（即电力）的办法贮存能量，那么本钱节省可能是十分有目共睹的。现在有了咱们开发的结构，咱们将可以权衡热能贮存与电力贮存的本钱，例如用锂电池，这在曾经是不行能的。"
在美国，修建物占总动力消耗的40%。其间，简直一半用于热负荷，包含空间加热和冷却，以及水加热和制冷。换句话说，一切出产的动力中有五分之一用于修建物的热负荷。而到2050年，跟着天然气的逐渐筛选，供暖越来越多地由电力驱动，热负荷对电网的需求估量将急剧添加。
伯克利实验室热能组担任人Sumanjeet Kaur说："假如咱们运用热能存储，其间的原资料更丰厚，以满意热负荷的需求，这将放松对电化学存储的一些需求，并开释出更多电池资源用于不能运用热能存储的当地。
跟着咱们的社会持续电气化，估量对电池贮存动力的需求将是巨大的，到2030年，估量每年的电池产值将到达2至10太瓦时（TWh），而现在还不到0.5TWh。跟着锂离子电池在可预见的未来成为主导的存储技能，一个要害的约束要素是原资料的有限可用性，包含锂、钴和镍，这些都是今日锂电池的基本成分。尽管伯克利实验室正在活跃尽力处理这一约束要素，但也需求代替办法的动力贮存。
热能贮存可以在一系列规划上布置，包含在单个修建物中--如你的家、办公室或工厂--或在区域或区域一级。尽管最常见的热能办法是运用大型的热水或冷水箱，但还有其他类型的所谓显热存储，如运用沙子或岩石来存储热能。但是，这些办法需求很多的空间，这约束了它们对住所的适用性。
为了绕过这一约束，科学家们现已开发了高科技资料来贮存热能。例如，相变资料在相间转化时吸收和开释能量，如从液体到固体再到固体。
相变资料有许多潜在的运用，包含电池的热办理（避免它们变得太热或太冷），先进的纺织品（可以主动坚持温暖或凉快的衣服，然后完成舒适穿戴，一起削减修建能耗），以及发电厂的干式冷却（以节省用水）。在修建物中，相变资料可以被添加到墙壁上，就像修建物的热电池。当环境温度上升到资料的熔点以上时，资料会改动相位并吸收热量，然后冷却修建物。相反，当温度下降到熔点以下时，资料改动相位并开释热量。
但是，相变资料的一个问题是，它们一般只在一个温度范围内作业。这意味着夏日和冬天将需求两种不同的资料，这就添加了本钱。伯克利实验室着手战胜这一问题，完成所谓的过渡温度的"动态可调性"。 图中所示的是在修建物中整合热能贮存的两种不同办法。一个热电池（由相变资料驱动）可以连接到修建物的热泵或传统的暖通空调体系（左），或许相变资料可以被归入墙内。
在最近宣布在《细胞陈述》物理科学上的一项研讨中，研讨人员初次在相变资猜中完成动态可调性。他们的突破性办法运用离子和一种共同的相变资料，将热能贮存与电能贮存结合起来，因而它既能贮存也能供给热量和电力。将热能和电能结合到一个设备中，就像一个热能和电能电池。更重要的是，由于可以依据不同的环境温度调整资料的熔点，这种才能添加了热存储潜力。这将大大添加相变资料的运用率。这有助于下降贮存本钱，由于现在相同的资料可以全年运用，而不仅仅是用半年搁置半年。
在大规划的修建施工中，这种结合热能和电能的贮存才能将答应该资料贮存现场太阳能或风能操作发生的剩余电力，以满意热能（加热和冷却）和电能需求。
本年早些时候，伯克利实验室的另一项研讨处理了过冷的问题，在某些相变资猜中，过冷是不抱负的，由于它使资料状况不行猜测，由于它可能不会每次都在同一温度下改动相位。由伯克利实验室研讨生助理和加州大学伯克利分校博士生Drew Lilley领导的这项研讨，宣布在《运用动力》杂志上，初次展现了定量猜测资料过冷功能的办法。
第三项伯克利实验室的研讨宣布在本年的《运用物理学通讯》上，描绘了一种开展原子和分子标准的相变了解的办法，这对规划新的相变资料至关重要。到目前为止，大多数与相变物理学有关的基础研讨都是核算性质的，研讨人员现已开发了一种简略的办法来猜测相变资料的能量密度。
第四项研讨刚刚宣布在《动力与环境科学》上，它开发了一个结构，答应在电池和热能贮存之间进行直接的本钱比较，这在曾经是不行能的。该结构是与国家可再生动力实验室和橡树岭国家实验室的研讨人员共同开发的，考虑到了终身本钱。例如，热力体系的装置本钱本钱较低，并且热力体系的寿数一般为15至20年，而电池一般在8年后就必须替换。
最终，与来自加州大学戴维斯分校和加州大学伯克利分校的研讨人员协作的一项研讨证明了布置根据相变资料的热能贮存的暖通空调体系的技能经济可行性。首要，该团队开发了评价这种体系的动力本钱节省、峰值负荷削减和本钱所需的模仿模型和东西。该东西将向大众敞开，它将使研讨人员和修建商可以比较带有热能贮存的暖通空调体系与带有或不带有电化学贮存的全电动暖通空调体系的体系经济性。
这些东西供给了一个史无前例的时机，以探究热能贮存-集成暖通空调的实际运用的经济性，整合热能贮存使咱们可以大大削减热泵的容量，然后下降其本钱，这是推进下降生命周期本钱的一个重要要素。
接下来，该团队持续为小型商业修建开发一个"可现场运用"的暖通空调体系原型，该体系采用了根据相变资料的冷热电池。这样一个体系将冷却和加热负荷从电网中搬运出来。最终，该团队正在布置一个住所规划的现场演示，重点是家庭电气化和搬运家庭加热和热水负荷。
这项研讨得到了动力部动力功率和可再生动力办公室的修建技能办公室的支撑。
伯克利实验室担任动力技能的副主任Ravi Prasher说："使修建物脱碳是十分具有挑战性的，尤其是供暖方面。可是，假如以终究用处（即热能）的办法贮存能量，而不是以动力供给（即电力）的办法贮存能量，那么本钱节省可能是十分有目共睹的。现在有了咱们开发的结构，咱们将可以权衡热能贮存与电力贮存的本钱，例如用锂电池，这在曾经是不行能的。"
在美国，修建物占总动力消耗的40%。其间，简直一半用于热负荷，包含空间加热和冷却，以及水加热和制冷。换句话说，一切出产的动力中有五分之一用于修建物的热负荷。而到2050年，跟着天然气的逐渐筛选，供暖越来越多地由电力驱动，热负荷对电网的需求估量将急剧添加。
伯克利实验室热能组担任人Sumanjeet Kaur说："假如咱们运用热能存储，其间的原资料更丰厚，以满意热负荷的需求，这将放松对电化学存储的一些需求，并开释出更多电池资源用于不能运用热能存储的当地。
跟着咱们的社会持续电气化，估量对电池贮存动力的需求将是巨大的，到2030年，估量每年的电池产值将到达2至10太瓦时（TWh），而现在还不到0.5TWh。跟着锂离子电池在可预见的未来成为主导的存储技能，一个要害的约束要素是原资料的有限可用性，包含锂、钴和镍，这些都是今日锂电池的基本成分。尽管伯克利实验室正在活跃尽力处理这一约束要素，但也需求代替办法的动力贮存。
热能贮存可以在一系列规划上布置，包含在单个修建物中--如你的家、办公室或工厂--或在区域或区域一级。尽管最常见的热能办法是运用大型的热水或冷水箱，但还有其他类型的所谓显热存储，如运用沙子或岩石来存储热能。但是，这些办法需求很多的空间，这约束了它们对住所的适用性。
为了绕过这一约束，科学家们现已开发了高科技资料来贮存热能。例如，相变资料在相间转化时吸收和开释能量，如从液体到固体再到固体。
相变资料有许多潜在的运用，包含电池的热办理（避免它们变得太热或太冷），先进的纺织品（可以主动坚持温暖或凉快的衣服，然后完成舒适穿戴，一起削减修建能耗），以及发电厂的干式冷却（以节省用水）。在修建物中，相变资料可以被添加到墙壁上，就像修建物的热电池。当环境温度上升到资料的熔点以上时，资料会改动相位并吸收热量，然后冷却修建物。相反，当温度下降到熔点以下时，资料改动相位并开释热量。
但是，相变资料的一个问题是，它们一般只在一个温度范围内作业。这意味着夏日和冬天将需求两种不同的资料，这就添加了本钱。伯克利实验室着手战胜这一问题，完成所谓的过渡温度的"动态可调性"。 图中所示的是在修建物中整合热能贮存的两种不同办法。一个热电池（由相变资料驱动）可以连接到修建物的热泵或传统的暖通空调体系（左），或许相变资料可以被归入墙内。
在最近宣布在《细胞陈述》物理科学上的一项研讨中，研讨人员初次在相变资猜中完成动态可调性。他们的突破性办法运用离子和一种共同的相变资料，将热能贮存与电能贮存结合起来，因而它既能贮存也能供给热量和电力。将热能和电能结合到一个设备中，就像一个热能和电能电池。更重要的是，由于可以依据不同的环境温度调整资料的熔点，这种才能添加了热存储潜力。这将大大添加相变资料的运用率。这有助于下降贮存本钱，由于现在相同的资料可以全年运用，而不仅仅是用半年搁置半年。
在大规划的修建施工中，这种结合热能和电能的贮存才能将答应该资料贮存现场太阳能或风能操作发生的剩余电力，以满意热能（加热和冷却）和电能需求。
本年早些时候，伯克利实验室的另一项研讨处理了过冷的问题，在某些相变资猜中，过冷是不抱负的，由于它使资料状况不行猜测，由于它可能不会每次都在同一温度下改动相位。由伯克利实验室研讨生助理和加州大学伯克利分校博士生Drew Lilley领导的这项研讨，宣布在《运用动力》杂志上，初次展现了定量猜测资料过冷功能的办法。
第三项伯克利实验室的研讨宣布在本年的《运用物理学通讯》上，描绘了一种开展原子和分子标准的相变了解的办法，这对规划新的相变资料至关重要。到目前为止，大多数与相变物理学有关的基础研讨都是核算性质的，研讨人员现已开发了一种简略的办法来猜测相变资料的能量密度。
第四项研讨刚刚宣布在《动力与环境科学》上，它开发了一个结构，答应在电池和热能贮存之间进行直接的本钱比较，这在曾经是不行能的。该结构是与国家可再生动力实验室和橡树岭国家实验室的研讨人员共同开发的，考虑到了终身本钱。例如，热力体系的装置本钱本钱较低，并且热力体系的寿数一般为15至20年，而电池一般在8年后就必须替换。
最终，与来自加州大学戴维斯分校和加州大学伯克利分校的研讨人员协作的一项研讨证明了布置根据相变资料的热能贮存的暖通空调体系的技能经济可行性。首要，该团队开发了评价这种体系的动力本钱节省、峰值负荷削减和本钱所需的模仿模型和东西。该东西将向大众敞开，它将使研讨人员和修建商可以比较带有热能贮存的暖通空调体系与带有或不带有电化学贮存的全电动暖通空调体系的体系经济性。
这些东西供给了一个史无前例的时机，以探究热能贮存-集成暖通空调的实际运用的经济性，整合热能贮存使咱们可以大大削减热泵的容量，然后下降其本钱，这是推进下降生命周期本钱的一个重要要素。
接下来，该团队持续为小型商业修建开发一个"可现场运用"的暖通空调体系原型，该体系采用了根据相变资料的冷热电池。这样一个体系将冷却和加热负荷从电网中搬运出来。最终，该团队正在布置一个住所规划的现场演示，重点是家庭电气化和搬运家庭加热和热水负荷。
这项研讨得到了动力部动力功率和可再生动力办公室的修建技能办公室的支撑。
