作者及机构
本文由Huan Liu（北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室）、Jianwei Jing（北京化工大学）、Jianxin Liu（新兴铸管国际集团）、Xiaodong Wang（北京化工大学，通讯作者）合作完成，发表于2024年5月的《Renewable and Sustainable Energy Reviews》（期刊编号199卷，114528页）。
糖醇（Sugar Alcohols）是一类具有高潜热存储能力、低成本特性的有机固-液相变材料（Solid-Liquid Phase-Change Materials, SLPCMs），被公认为中低温热能存储的潜力候选材料。然而，糖醇存在导热系数低、过冷度（Supercooling）高、热可靠性差、熔融态易渗漏等固有缺陷。本文系统综述了通过四种策略优化糖醇性能的方法：纳米添加剂、多孔材料浸渍、微胶囊化技术和分子结构设计，并探讨了其在工业废热回收、太阳能炊具、热电发电等领域的应用潜力。
糖醇（如赤藓糖醇、木糖醇、甘露醇等）的相变焓（Phase-Change Enthalpy）高达180–340 J/g，相变温度低于300°C，且具有无毒、非腐蚀性、环境友好等优势。然而，其缺陷包括：
- 导热性低（0.1–0.89 W m⁻¹ K⁻¹），源于晶格振动中声子（Phonon）传递效率低；
- 过冷现象严重（ΔT可达82.5°C），源于熔融态氢键重组能垒高；
- 热循环稳定性差异大，例如甘露醇在50次循环后相变焓下降58%，而赤藓糖醇在500次循环后仍保持稳定。
支持数据：
- 分子动力学模拟显示，非天然糖醇（如C6–C20长链糖醇）的潜热存储密度可达450–500 J/g（图3b）；
- 通过差示扫描量热法（DSC）测得赤藓糖醇的过冷度为64.3°C（Aladdin厂商样品）。
作用机制：通过高导热纳米材料（如碳纳米管、石墨烯、金属氧化物）提升热响应速度。
- 案例：添加1 wt%多壁碳纳米管（MWCNTs）使赤藓糖醇导热系数提升400%（从0.1956至0.9779 W m⁻¹ K⁻¹）；石墨烯纳米片可使甘露醇导热系数达2.77 W m⁻¹ K⁻¹（提升1054%）。
局限性：纳米材料分散性差可能导致相变焓降低（如石墨烯添加后赤藓糖醇ΔHₘ下降6.1%）。
优势：多孔骨架（如膨胀石墨、生物质碳气凝胶）可抑制渗漏并降低过冷度。
- 案例：赤藓糖醇/膨胀石墨（EG）复合材料的热导率达12.51 W m⁻¹ K⁻¹（提升1738%），过冷度降低至19.5°C（图7d）；
- 机理：多孔结构提供异质成核位点，促进结晶（图7c）。
应用：SiO₂壳层封装糖醇可解决熔融泄漏问题。
- 案例：甘露醇@SiO₂微胶囊的封装率达76.5%，过冷度降至11°C（图12c-f）；
- 挑战：封装工艺复杂，且壳层可能降低相变焓（如甘露醇@SiO₂的ΔHₘ为147.4 J/g，较纯物质下降48%）。
方法：通过酯化或与聚乙二醇共聚调控相变温度。
- 案例：甘露醇-脂肪酸酯的相变温度降至42–65°C，过冷度仅1–8°C；
- 缺点：相变焓显著降低（如山梨醇-聚乙二醇化合物的ΔHₘ为86–108 J/g）。
本文首次系统总结了糖醇基相变材料的优化策略与应用场景，为开发高性能热能存储系统提供了理论指导。其科学价值在于：
1. 揭示了糖醇过冷与导热性的微观机制（如氢键作用、声子散射）；
2. 提出了多尺度优化方法（从分子设计到宏观复合材料）；
3. 推动了中低温热能存储技术在可再生能源领域的应用。
未来研究需进一步解决糖醇的长期循环稳定性问题，并开发低成本规模化制备工艺。