综述：填充床潜热储能技术进展与展望：基础理论、材料、装置及应用

（推荐语）本综述系统评述了填充床潜热储能（PBLTES）技术，通过对比壳管式/翅片管式系统，突出其大比表面积封装相变材料（PCM）的工程优势，从基础模型（CFD/ε-NTU）、材料创新（PCM/HTF/封装壳）、装置参数（仿生胶囊/层间体积分数）到应用场景（太阳能/压缩空气储能），为下一代高能效PBLTES研发提供全链条指导。

　　

工作机理与性能指标
填充床潜热储能系统（PBLTES）由储热罐、相变材料（PCM）胶囊、传热流体（HTF）和分配器构成。其核心优势在于胶囊封装形式赋予的大比表面积，使充放电效率显著高于传统壳管式系统。性能评估需关注储/释能速率、_ε-NTU（效能-传热单元数）及^ΔT_HTF（流体温降）等工程指标，其中Schumann模型与连续固体相模型分别适用于快速估算和高精度CFD仿真。

材料创新
PCM选择聚焦熔点在50-800°C的无机盐/共晶盐（如NaNO₃-KNO₃）与有机石蜡，需平衡潜热值（>200 kJ/kg）与过冷度（<5°C）。胶囊壳层材料中，316L不锈钢耐腐蚀但成本高，而Al-Si合金通过表面氧化铝层可提升热导率（>200 W/m·K）。HTF优化方向包括纳米流体（SiO₂/Al₂O₃掺杂）与超临界CO₂，后者在压缩空气储能中可实现40%循环效率提升。

装置参数优化
仿生学设计（如球形胶囊内嵌分形翅片）使换热面积增加300%，而胶囊间距与体积分数存在临界阈值（间距/直径比>1.5时压降骤升）。阶梯式层叠布置（cascaded arrangement）通过匹配PCM相变温度与HTF温降曲线，使系统效率提升15-20%。储罐锥形头部设计结合多孔分布器可降低流动死区至5%以下。

应用场景突破
在太阳能热发电中，PBLTES与熔盐塔式系统耦合可实现>90%的日间储能效率；工业废热回收场景下，采用Zn-Sn合金PCM可使钢铁厂烟气余热利用率达65%。新兴应用中，压缩空气储能（CAES）电站集成PBLTES后，充放电响应时间缩短至分钟级，但需解决高压（>8 MPa）下胶囊机械强度问题。

未来挑战
当前PBLTES商业化仍受限于PCM降解（循环>5000次后热容衰减20%）与制造成本（占比总成本60%）。仿生胶囊3D打印、AI辅助层叠优化及新型金属泡沫-PCM复合材料将成为突破方向。该技术有望在2030年前实现LCOE（平准化储能成本）<0.05美元/kWh的规模化应用目标。