当前有机相变材料（PCMs）普遍存在导热系数低、固液相变过程中潜热储存介质易泄漏、吸热能力弱等问题，这些缺陷限制了其在先进热能存储系统中的应用。然而，具有三维结构的退火石墨烯气凝胶（AGAs）为解决这些问题提供了可行方案。本文，兰州大学Yue Lu、史蓉蓉 副教授、拜永孝 教授等在《ACS Appl. Polym. Mater.》期刊发表名为“Lamellar-Structured Graphene Aerogel-Based Phase Change Composites for Applications in Thermal Energy Management”的论文，研究通过将层状结构的AGA引入聚乙二醇（PEG）体系，制备出复合相变材料。层状AGA构筑的连续热传导通道显著提升了PEG的导热性能，同时保持了材料的形状稳定性。
值得注意的是，尽管石墨烯负载量相对较低，预构筑的三维石墨烯气凝胶框架仍能形成连续的声子传输通道，从而实现热导率的显著提升。与纯PEG相比，潜热容量降低10.9%，热导率达4.13 W·m⁻¹·K⁻¹，是纯PEG的15.9倍。PEG/AGA系列复合材料在整个紫外-可见-近红外光谱范围内均展现出强吸收特性。在AM1.5模拟太阳光（100 mW·cm–2）照射下，当石墨烯含量为1.5体积百分比时，最高太阳能热转换效率达96.4%。我们还证明该复合相变材料可作为电子设备冷却的热界面材料。因此，这种高性能导热复合相变材料在热能存储与热管理领域具有卓越的应用价值和广阔前景。
图1. Preparation of the GAs, AGAs as well as PEG/GA and PEG/AGA composites.
将石墨烯纳米片引入聚乙二醇（PEG）体系，成功制备出复合相变材料。相较于纯PEG，该复合材料在导热性、潜热储存能力、形状稳定性、光热性能及机械强度方面均获得显著提升。当石墨烯负载量达到5.5体积百分比时，PEG/AGA复合材料的导热系数达4.13 W·m⁻¹·K⁻¹，较纯PEG提升1488%。该复合材料在紫外-可见-近红外光谱范围内展现出高吸收率，太阳能热转换效率峰值达96.4%。在LED散热测试中，PEG/AGA复合材料的性能超越了纯PEG及商用导热材料。此外，该复合材料展现出优异的循环稳定性，经50次相变循环后仍保持超过94%的初始熔化与结晶焓值。这些结果证实三维石墨烯气凝胶框架能有效提升热传导、能量存储及结构稳定性，凸显PEG/AGA复合材料在太阳能热能存储与热管理领域的应用潜力。
文献：https://doi.org/10.1021/acsapm.5c04429
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