成果简介
相变材料（PCM）具有吸收和释放热能的能力、高能量密度和稳定的相变温度，因此在能量转换和储存领域具有显著优势。然而，固液相变过程中的泄漏问题、太阳能吸收能力不足以及热导率和电导率低等缺点限制了PCMs的发展。尽管人们在构建基于三维（3D）载体的复合PCM方面做出了巨大努力，但其在能源转换中的实际应用仍需进一步研究。
本文，中国科学院大连化学物理研究所 史全 研究员、新南威尔士大学 Rakesh Joshi等在《ACS Appl. Energy Mater》期刊发表名为“ Melamine Foam/CNT/Graphene Hybrid Aerogel-Based Phase Change Composites with High Latent Heat Capacity for Solar/Electrothermal Conversion”的论文，研究成功制备了一种无液相泄漏的轻质复合PCM，以满足高焓和太阳热能转换和存储的要求。通过将三聚氰胺泡沫（MF）、石墨烯纳米片（GNP）和碳纳米管（CNT）组合作为支撑框架，并以十八烷作为核心PCM，我们实现了负载量仅为85.8%的复合PCM，其相变焓与纯十八烷相当。
此外，即使经过 350 次模拟冷热循环，复合 PCM 的热性能变化也很小。此外，复合材料在光热转换和电热转换方面表现出卓越的能力，光热转换效率超过95%。因此，本研究开发的复合 PCM 在热能存储和转换方面具有巨大的应用潜力。
图文导读
图1.复合PCM合成过程示意图。
图2：（a）MF-CNT-GNP骨架上附加材料CNT和GNP的SEM图像；（b）MF-CNT-GNP-18A样品。
图3。（a） 样品的剖面图，（b）碳化的MF、MF-CNT-GNP骨架和MF-CNT/GNP-18A样品的XRD图谱，以及（c）MF-CNT-GNP骨架、纯十八烷和MF-CNT-GNP-18A样本的FTIR光谱。
图4. (a)纯十八烷、MF-CNT-GNP-18A-1-1和MF-CNT-GNP-18A-2的TG曲线和(b)将MF-CNT-GNP-18A-1-1和MF-CNT-GNP-18A-2放入60℃的烘箱中进行形状稳定性测试第1阶段时的照片。
图5. (a) MF-CNT-GNP-18A-1-1 和 MF-CNT-GNP-18A-2 样品在不同重量下放在热垫上进行形状稳定性测试第 2 阶段时的照片。(b) 在 60 °C 下挤压样品并使其恢复原状
图6、(a) MF-CNT-GNP-18A-1-1 样品的太阳-热转换曲线。(b) 纯十八烷和MF-CNT-GNP-18A-1-1样品在模拟太阳光下加热和冷却过程的红外照片。
图7. (a)太阳-热和(b)电热转换应用测试示意图，(c)MF-CNT-GNP-18A-1-1和MF-CNT-GNP-18A-2样品的电热转换曲线，(d)该电路在12个充电周期内的电流变化曲线，以及(e)连接在电路中的灯泡发出微弱和强光的特写。
小结
总之，通过浸渍碳化MF的海绵状3D骨架，用CNT和GNP增强，用85%的十八烷制备了具有高焓和出色光热/电热转换能力的新型复合PCM。这种轻质、形状稳定的复合材料表现出 239.17 J/g 的显著熔融焓，同时在350次加热和冷却循环中保持小于2%的差异。这些复合材料有效地解决了纯有机PCM的局限性，包括在超过十八烷熔点的温度下不存在泄漏问题。此外，尽管承受的压缩力超过其重量的400倍，但这些复合PCM在功能上保持完整，这归因于交联的3D基体。此外，这种复合材料表现出令人印象深刻的太阳能热转换效率超过95%，并且具有值得称赞的电热转换能量存储率。这项研究证实了这种新型复合材料的多种适用性，特别是在住宅供暖和制冷、太阳能烹饪和除霜、电子设备和物理治疗等应用中的太阳能热和电热转换能力和存储功能。
文献：https://doi.org/10.1021/acsaem.3c00796
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