转自：材料研究进展
1研究背景
在当今社会，能源短缺和全球变暖成为可持续发展的严重障碍。建筑能源消耗占全球总能源消耗的 40% 以上，其中空间冷却的能源消耗是全球最大的个人能源消耗之一。在发达地区，电力驱动的空调和制冷设备广泛应用，但以高能耗和温室气体排放为代价。而在许多欠发达地区，电力基础设施不足，夏季面临空调、医疗、农业制造和食品保鲜等空间冷却需求的严重风险。因此，迫切需要探索无电且环保的空间冷却技术以实现可持续发展。被动辐射冷却（RC）是一种有前途的绿色冷却技术，能从宇宙中获取冷能且零能耗，但现有 RC 材料和设备存在功率密度低和冷能生产不稳定的问题，且冷能供应与建筑需求存在时空能量不匹配的问题。此外，当前研究主要集中在 RC 材料的结构调制，对通过能量调节来解决 RC 技术的固有问题和提高冷却性能关注不足。热能存储（TES）技术，特别是利用相变材料（PCM）的潜热存储，具有解决能量不匹配和低成本存储冷热能量的潜力，为解决 RC 的问题提供了可能。
2成果简介
在这项研究中，来自上海交通大学的研究团队展示了一种通过将 RC 与 PCM 集成的双功能相变复合膜（PCCF），用于全天冷能的收集、存储和利用。他们首先使用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和 BaSO4 颗粒制备了具有成本效益的 RC 涂层，用于从宇宙中收集全天冷能。然后，使用十八烷（C18H38）、烯烃嵌段共聚物（OBC）、苯乙烯 - b -（乙烯 - 共 - 丁烯） - b - 苯乙烯（SEBS）和膨胀石墨（EG）制备了灵活、防泄漏且多功能的复合 PCM（PCC@EG），用于高功率 / 能量密度的冷能存储。通过将 RC 涂层与 PCC@EG 集成，设计了 PCCF 以实现全天冷能的灵活调节。
所得的双功能 PCCF 具有高太阳反射率（≈0.94）、高大气透明光谱窗口（ATSW）发射率（≈0.96）和大相变焓（≈138 kJ kg）。通过将夜间多余的冷能转移以补偿白天建筑的冷能短缺，PCCF 展示了对从宇宙中收集的冷能的灵活调节能力。高光谱选择性和优越的冷存储能力使 PCCF 实现了全天低于环境温度的冷却，并通过冷能调节在白天达到了高达 180 W m² 的破纪录冷却功率和 - 11.95°C 的低于环境温度的下降。
该工作强调了通过设备级能量调节而不仅仅是依靠材料级结构调制来提高 RC 冷却功率密度的重要性和可行性。与传统 RC 设备相比，该策略在灵活的冷能收集、存储和利用方面具有明显优势，突破了 RC 功率的限制。
3图文导读
图1 展示了建筑物冷需求与常规辐射制冷设备冷供应在白天和夜间的时空能量不匹配问题，以及通过双功能PCM调节全日冷能的原理。
图2 介绍了双功能PCCF的合成过程，包括制备PCC@EG和辐射制冷涂层，并通过扫描电子显微镜（SEM）图像展示了PCC@EG的微观结构。
图3 展示了双功能PCCF利用PMMA/BaSO4涂料实现被动辐射制冷，并使用PCC@EG作为能量储存材料调节冷能的原理。
图4 展示了PCCF在建筑物空间制冷中全天冷能采集、储存和灵活调节的演示，以及在全球不同气候区域建筑物节能潜力的评估。
图5 比较了双功能PCCF与已报道的辐射制冷设备的制冷性能，包括最大日间制冷功率和最大亚环境温度下降。
4小结
该研究团队通过在 PCC@EG 表面涂覆具有成本效益的 PMMA / BaSO4 涂料，展示了一种灵活、可靠的双功能 PCCF。所得的 PCCF 具有 0.94 的高太阳反射率、0.96 的高 ATSW 发射率和 138 kJ kg⁻¹ 的高熔化焓。值得强调的是，PCCF 实现了 24 小时从宇宙中收集冷能、高密度冷能存储和全天冷能的灵活调节。它突破了传统辐射冷却器的白天冷却功率限制，在白天太阳辐照强度为 1200 W m⁻² 的情况下，冷却功率高达 180 W m⁻²，低于环境温度的下降达到 11.95°C，创下了新的记录。
这项工作为冷能的收集、存储和灵活调节提供了一种有前途的策略，以最大限度地发挥 RC 的优势，实现零碳可持续的空间冷却。此外，PCCF 基能量设备在全球各种陆地气候区的建筑中具有巨大的年度节能潜力，通过选择具有合适相变温度的 PCM，可以实现各种冷却应用的节能。同时，该双功能 PCCF 还可以通过翻转来实现冬季的热能调节，具有实现全年建筑能源管理的潜力。总的来说，该研究为解决能源和环境问题提供了一种创新且有前景的解决方案。
文献：
https://doi.org/10.1002/aenm.202402667
