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研究背景：

由于有機固液相變材料(liao)具有高相變焓、穩(wen)定的(de)相變溫(wen)度(du)(du)、低成本和(he)優異(yi)的(de)物理(li)化學性(xing)能(neng)，因此他們(men)在建筑節能(neng)、電池熱管理(li)、光(guang)伏組件溫(wen)度(du)(du)控制(zhi)、光(guang)熱利用和(he)熱能(neng)存儲廣泛應用。

并(bing)且，基于(yu)有(you)(you)機固液(ye)相變材料的(de)(de)光熱(re)轉換和(he)(he)存(cun)儲(chu)技術，有(you)(you)望(wang)克服太陽能的(de)(de)間歇性(xing)和(he)(he)熱(re)能供需不匹配(pei)的(de)(de)問(wen)題，在太陽能應用中展(zhan)現出巨大的(de)(de)前(qian)景。然(ran)而，固液(ye)相變過程中固有(you)(you)的(de)(de)低(di)熱(re)導率（TC）和(he)(he)易(yi)泄漏(lou)限(xian)制了其(qi)廣泛的(de)(de)實際(ji)應用。

研(yan)究人員(yuan)為提高有機固液相變材(cai)料(liao)的綜合性(xing)能做(zuo)出了許(xu)多努(nu)力。提高PCMs TC的主要方法是在PCMs中添加填料(liao)，碳基材(cai)料(liao)（碳納(na)米(mi)管(guan)、石墨烯、膨脹石墨（EG）、泡(pao)沫(mo)碳)、金(jin)屬泡(pao)沫(mo)和納(na)米(mi)顆(ke)粒(li)。同時，部分(fen)TC填料(liao)還起到一定(ding)的防滲漏、吸收太陽光和作為支(zhi)撐(cheng)載體等作用。

上(shang)海第(di)二工業(ye)大學邴乃慈副教(jiao)授和于偉教(jiao)授合作，以“Energy harvesting and storage blocks based 3D oriented expanded graphite and stearic acid with high thermal conductivity for solar thermal application”為(wei)題在《Energy》期刊（IF=7.147）發表研(yan)究(jiu)性(xing)文章。

研究內容：

有(you)機固液相變(bian)材料（PCM）的(de)(de)光熱轉(zhuan)換和存儲(chu)在克(ke)服不連續太陽輻射方面顯示出巨大的(de)(de)潛力(li)。然而考慮到制造出色的(de)(de)光熱轉(zhuan)換、傳熱和能量(liang)存儲(chu)的(de)(de)集成設備仍(reng)然是一個(ge)挑戰。

文(wen)中，作(zuo)者通過壓(ya)縮(suo)誘導(dao)石(shi)墨片(pian)自組裝構建3D取(qu)向(xiang)(xiang)膨脹石(shi)墨(EG)，然后加(jia)載硬脂酸(SA)以形成取(qu)向(xiang)(xiang)PCM。在相同的(de)石(shi)墨質量分數和填充密度下，3D PCM的(de)面(mian)內熱導(dao)率、熱響應和儲能密度優(you)于非取(qu)向(xiang)(xiang)PCM。

當石墨含量為20wt%時，定向(xiang)相變材(cai)料的熱導率比非定向(xiang)相變材(cai)料高34.2%，潛熱保持在159.36 J/g以(yi)上(shang)。

我們進(jin)一步制備了(le)儲能(neng)磚(zhuan)(zhuan)，并協調定向EG垂(chui)直于銅管軸向的熱(re)傳導。儲能(neng)磚(zhuan)(zhuan)的光(guang)熱(re)能(neng)轉換(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)達到95.3%，充放電過程平均功率(lv)分別為2.1 kW和2.4 kW。該太(tai)陽能(neng)儲能(neng)裝置(zhi)的設計方(fang)法提高了(le)PCMs的光(guang)熱(re)轉換(huan)、儲能(neng)效(xiao)(xiao)率(lv)，為大規(gui)模光(guang)熱(re)應(ying)用提供了(le)一種簡單且經濟的策略。

研究結果：

圖(tu)1.構建(jian)定向3D石墨骨架與EG/SA定向復合塊(kuai)的合成示意圖(tu)。

圖2.儲能系統示意圖。

圖3.(a)原始EG、(b)3D定向(xiang)EG、(c)PCM1(S2)和(d)PCM2(S8)的SEM圖像(xiang)。（SA標(biao)記(ji)為(wei)藍色）。

圖4.SA、EG、PCM1(S2)和PCM2(S8)的(de)(a)XRD光譜和(b)FT-IR光譜。

圖5.純(chun)SA、PCM1和PCM2的(de)(de)相(xiang)變行(xing)為。(a)純(chun)SA和S8在加(jia)熱(re)(re)和冷(leng)凍過(guo)程(cheng)中的(de)(de)DSC曲線。(b)純(chun)SA和加(jia)熱(re)(re)和冷(leng)凍過(guo)程(cheng)中的(de)(de)DSC曲線。(c)純(chun)SA、S2、S8和S10的(de)(de)熔化和凝(ning)固潛熱(re)(re)。(d)S2在不同循環(huan)時間的(de)(de)潛熱(re)(re)。

圖6.PCM1和PCM2在室溫下的(de)(de)(de)熱傳(chuan)導(dao)特性。(a)PCM2的(de)(de)(de)TC隨EG含量(liang)的(de)(de)(de)變化(hua)而變化(hua)(所有(you)復合材(cai)料的(de)(de)(de)堆積密(mi)度(du)都(dou)控制在0.95 g·m-3的(de)(de)(de)最佳密(mi)度(du))。(b)不同堆積密(mi)度(du)的(de)(de)(de)PCM1和PCM2的(de)(de)(de)TC。(c)PCM1和PCM2的(de)(de)(de)TC機(ji)制。(d)不同復合材(cai)料的(de)(de)(de)TC和增強因子(zi)比較。

圖7.不同樣品的加(jia)熱(re)和冷(leng)卻過程及表(biao)面溫度的紅外熱(re)圖像。

圖(tu)8.光熱(re)轉換性能(neng)(neng)測試(shi)得到的不同樣(yang)品(pin)的時間-溫(wen)度曲線。(a)樣(yang)品(pin)光熱(re)轉換性能(neng)(neng)實驗(yan)裝置(zhi)示(shi)意(yi)圖(tu)。(b)從(cong)兩個光熱(re)表(biao)面(mian)到復合(he)塊的傳(chuan)熱(re)示(shi)意(yi)圖(tu)。(c)兩個光熱(re)表(biao)面(mian)和(he)純SA表(biao)面(mian)的全光譜吸收。陰影顯示(shi)太陽輻射。(d)在100 mW·cm-2光強下，炭(tan)黑(hei) 3D表(biao)面(mian)和(he)純SA復合(he)塊內(nei)部的溫(wen)度分布。(e)在極端(duan)日照強度下，PCM1和(he)PCM2的內(nei)部溫(wen)度分布。Journal Pre-proof 21插(cha)圖(tu)顯示(shi)了其(qi)潛熱(re)存儲時間。(f)不同厚度（1 cm、2 cm、4 cm、7 cm）儲能(neng)(neng)磚的熱(re)性能(neng)(neng)。插(cha)圖(tu)顯示(shi)了它的能(neng)(neng)量存儲時間。

圖9.(a)儲(chu)能磚傳熱過(guo)程示意(yi)圖和(b)紅外照片。

圖10.(a)和(he)(b)PCM1在不同進水溫度(du)下的加(jia)熱和(he)冷卻過程。(c)和(he)(d)在加(jia)熱過程中特定進水溫度(du)下ESB1和(he)ESB2的溫度(du)演變。

來源(yuan)|Energy，熱(re)質(zhi)納能原文|//doi.org/10.1016/j.energy.2022.124198