锂离子电池热管理技术直接关系到储能系统的安全性和能量效率。随着电动汽车和大型储能电站规模化应用，电池热失控引发的安全事故频发，对高效热管理方案的需求日益迫切。当前技术路线存在显著局限：相变材料虽能通过固液相变吸收大量潜热，但易发生泄漏且本征热导率偏低，制约热量快速传递；纯气凝胶材料虽具备优异隔热性能，却仅能提供被动式热防护，缺乏主动热调节能力。更为关键的是，传统双层复合材料普遍面临界面热阻大、层间结合弱、长期循环稳定性差等问题，难以兼顾吸热与隔热双重功能。如何集成相变储热与热防护功能，并实现层间高效热传导与结构稳定，成为电池热管理领域亟待突破的关键科学问题。开发兼具主动热调控与被动热防护的新型复合材料，对提升电池系统安全性、延长使用寿命具有重要工程价值。
在这项研究中，研究人员设计并制备了一种具有自源界面连接的Janus型石墨烯气凝胶复合材料，构建了双层热管理系统。该材料创新性地采用各向同性还原石墨烯气凝胶作为隔热层，相变复合还原石墨烯气凝胶作为吸热层，通过真空浸渍法将聚乙二醇负载于后者，形成PrGA/IrGA复合结构。研究结果显示，PrGA层热导率达1.07瓦每米每开尔文，相变材料负载率高达96.8%，焓值达174.6焦每克。1.04微米的超小孔径结构确保材料历经100次热循环后焓值保持率达95.6%，在100摄氏度下加热40分钟质量损失仅0.48%，表现出极低的泄漏率。模拟电池热失控实验证实，该Janus结构不仅热绝缘性能优于传统材料，更能为单体电池提供主动热调节功能。这种吸热与隔热功能集成的设计策略为电池热管理提供了新思路，相关数据证实了其在实际应用中的可靠性。
该研究成功开发了自连接Janus型石墨烯气凝胶相变复合材料，通过双层结构设计实现了主动热调控与被动热防护的有机结合。超小孔结构赋予材料高相变材料负载率和优异循环稳定性，自源界面连接技术有效降低了层间热阻，解决了传统复合材料界面结合弱的难题。实验数据证实，该材料在热导率、储热密度、抗泄漏性和循环寿命等方面表现突出，特别是模拟电池热失控场景下展现出显著的热管理优势。这一成果不仅克服了单一气凝胶或相变材料的固有缺陷，还为多功能热管理材料开发提供了可行路径。该集成设计理念可推广至其他热管理领域，对提升储能系统安全性、延长电池使用寿命具有重要应用价值，为下一代电池热管理技术发展奠定了材料基础。
Self-connected Janus-like graphene aerogel-based phase change composites with enhanced thermal management performance
https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.172510
本文来自材料研究进展，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
