相变材料（PCMs）在热能存储和热管理应用方面展现出巨大潜力。然而，其实际应用受到固有挑战的限制，包括导热率低以及液态相变材料泄漏等问题。气凝胶封装已成为克服这些问题的有效策略。然而，传统气凝胶无序的孔隙结构严重阻碍了热传导。本文，华东理工大学 郭卫红 教授等在《ACS Appl. Energy Mater》期刊发表名为“Biomimetic Fabrication of Multi-Scale Graphene Aerogel-Encapsulated Phase-Change Materials for Enhanced Thermal Energy Storage ”的论文，研究受自然界叶脉结构的启发，我们通过定向冷冻法制备了一种用于PCM封装的多尺度石墨烯/银纳米线气凝胶。
得益于取向网络与氢键相互作用的协同效应，该复合相变材料（CPCM）展现出显著提升的热导率（1.78 W·m⁻¹·K⁻¹，较纯聚乙二醇提高514%）以及较高的熔化焓（ΔHm = 150.9 J·g⁻¹）。该 CPCM 还表现出优异的形状稳定性、热稳定性和循环耐久性。有限元分析（FEA）模拟阐明了气凝胶微结构和热导率对相变动力学的影响，结果表明，与未经优化的CPCM相比，优化后的CPCM将储能时间缩短了约60%。通过采用受生物启发的多尺度架构来解决储能效率这一关键瓶颈，本研究为设计用于先进储能应用的高性能CPCM提供了一条极具前景的途径。
在本研究中，我们开发了一种具有高热导率和优异储能效率的多尺度相变复合材料。受自然界叶脉结构的启发，通过定向冷冻和真空浸渍工艺制备了DTA-GH1/2/Ag10@PEG材料。AgNWs的引入在相邻石墨烯片之间建立了高效的“热桥”，最大限度地降低了界面热阻，并形成了协同的“线-面”导热网络。结合实验与理论的分析，为支配取向结构、界面氢键相互作用以及热物理性能的结构-性能关系提供了宝贵的见解。值得注意的是，DTA-GH1/2/Ag10@PEG 展现出卓越的性能，包括增强的热导率 1.78 W·m⁻¹·K⁻¹（较纯 PEG 提高 514%）和高熔化焓（ΔHm = 150.9 J·g⁻¹），同时具备优异的形状稳定性、热稳定性和循环再利用性。有限元分析表明，该策略可将储能完成时间缩短60%以上。本研究提出了一种兼具高导热性和快速储能特性的协同材料综合设计策略，为开发新一代储能材料和先进热管理平台铺平了道路。
文献：https://doi.org/10.1021/acsaem.6c01736
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