新型碳酸氢钾相变溶胶在冷链运输中的低温储能创新研究

为解决冷链物流中高能耗、高污染及相变材料(PCM)性能不足等问题，研究人员开发了以KHCO3-H2O为基础的复合共晶相变溶胶。通过添加成核剂SMN和纳米Al2O3，材料相变温度达?6.5°C，潜热248.5 J/g，过冷度降至2.6°C，经400次循环仍保持稳定。该研究为低温肉制品保鲜提供了高效环保的解决方案，发表于《Journal of Energy Storage》。

　　

在全球冷链物流需求激增的背景下，传统压缩机制冷系统的高碳排放和能源消耗问题日益突出。据统计，食品运输损耗率居高不下，而现有相变材料(PCM)在低温区间的性能短板尤为明显——多数材料潜热值低于200 J/g，且存在严重的过冷度(undercooling)和相分离(phase separation)问题。针对这一痛点，湖南的研究团队首次将廉价无毒的碳酸氢钾(KHCO₃)与水复合，开发出适用于?8°C至0°C温区的新型相变溶胶。

研究团队采用差示扫描量热法(DSC)筛选出KHCO₃最佳浓度17%，通过添加2%硅酸钠非水合物(SMN)使过冷度从9.1°C锐减至2.6°C。冷冻干燥显微镜观察显示，纳米氧化铝(Al₂O₃)的引入显著改善了热导率，而羧甲基纤维素钠(CMC)形成的三维网络结构有效抑制了相分离。经过400次热循环测试，材料仍保持248.5 J/g的高潜热值，远超同类产品性能。

【Materials】
以KHCO₃-H₂O共晶体系为主体，筛选SMN、Al₂O₃、硅藻土(DE)等添加剂，通过DSC和步冷曲线分析优化配比。

【Regulation of phase transition temperature】
DSC测试表明KHCO₃浓度与相变温度呈负相关，17%配比时获得?6.5°C的最佳相变点，较传统材料降低3.5°C。

【Conclusion】
该相变溶胶在肉类保鲜实验中实现0～?4°C持续控温24小时，其环保特性与循环稳定性为冷链物流低碳化提供了革新方案。

这项发表于《Journal of Energy Storage》的研究，首次将食品级KHCO₃应用于相变储能领域。通过多尺度调控策略，同步解决了过冷度、热导率和循环稳定性三大技术瓶颈。特别值得注意的是，材料中采用的SMN成核剂成本不足传统银剂的1/10，而CMC网络结构使相分离率降至0.3%以下。在"双碳"战略背景下，该技术有望推动冷链运输从"高耗能主动制冷"向"绿色储能型"模式转型，为生鲜农产品和疫苗等温敏物资的储运提供新范式。