1.成果簡介
近日，上海先進熱功能材料工程技術研究中心的科研團隊在石墨烯氣凝膠復合相變材料用于光-熱轉換的研究中取得進展，相關成果發表于國際知名期刊ACS Nano（IF=15.881）上。
能源短缺和環境生態問題促使人們關注太陽能的有效利用。利用相變材料(PCM)儲能技術來解決能源矛盾，是目前提高能源利用率和保護環境的重要途徑。水合鹽具有儲能密度高和不易燃等優點，但存在過冷度大，且鹽易析出等突出的問題。本研究以石墨烯分散液為前驅體，通過水熱反應、冷凍干燥和改性過程構建具有超親水性能的三維石墨烯氣凝膠(KRGO)，并通過物理浸漬熔融三水乙酸鈉得到了三維復合相變材料。通過改性，氣凝膠表現出優異的彈性和超親水性，三維有序排列多孔網絡和石墨烯保證了出色的光學吸收、高效的吸附能力和優異的光熱轉換效率。復合相變材料具有高的相變焓(252.8J/g),儲熱能力大于91%，不需添加額外的成核劑即可有效緩解過冷問題，過冷度可控制在0.2-1.5℃范圍，光熱轉換效率為86.3 %。該工作為水合鹽過冷問題緩解和高效的太陽能轉換-存儲利用提供了一種可行、經濟的策略。
2.圖文信息
圖1 圖文簡介
圖2微觀測試及制備示意圖
圖3晶體、化學結構表征、光學性能及形狀穩定性測試
圖4 親水及彈性性能測試
圖5 熱性能測試
圖6光-熱轉換測試
3.小結
該研究成功制備了以親水改性的三維石墨烯氣凝膠支撐的復合相變材料。 KRGO氣凝膠表現出以下三個特點： (i)得到的KRGO氣凝膠具有優異的彈性和超親水性，為水合鹽提供豐富的成核位點；(ii) KRGO氣凝膠具有優異的吸附能力，保證了復合相變材料的高儲能密度；(iii)出色的光學吸收以及良好的PCM封裝。基于KRGO的優異特性，三維復合相變材料表現出優異的結構穩定性、高相變焓、熱可靠性和優異的光熱轉換，同時無需添加額外的成核劑即可一步式緩解水合鹽的過冷問題。該工作為三維復合相變材料的應用提供了一種新的設計思路，以實現高效的太陽能儲存和熱能利用。
該成果以“Superhydrophilic Modified Elastomeric RGO Aerogel Based Hydrated Salt Phase Change Materials for Effective Solar Thermal Conversion and Storage”為題發表在國際知名期刊ACS Nano（IF=15.881）上，上海第二工業大學碩士研究生奚少博為第一作者，上海第二工業大學能源與材料工程學院汪玲玲副教授、于偉教授為共同通訊作者。文章鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c08581。