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研究背景：

由于(yu)有(you)機固液相變材料具有(you)高相變焓、穩定(ding)的(de)相變溫(wen)度、低成本和優(you)異的(de)物理化學性能，因此他們在建(jian)筑(zhu)節能、電(dian)池(chi)熱管理、光伏組件溫(wen)度控制(zhi)、光熱利用和熱能存(cun)儲廣泛(fan)應用。

并且，基(ji)于有(you)機固液(ye)相(xiang)變(bian)(bian)材料的光熱轉換和存儲技(ji)術(shu)，有(you)望克(ke)服(fu)太陽(yang)能的間歇性和熱能供需不匹配(pei)的問題，在(zai)太陽(yang)能應用中(zhong)展(zhan)現(xian)出(chu)巨大的前景。然而(er)，固液(ye)相(xiang)變(bian)(bian)過程中(zhong)固有(you)的低熱導率（TC）和易(yi)泄漏限(xian)制了其廣泛(fan)的實際應用。

研(yan)究人員為提高(gao)有機固液相(xiang)變材料(liao)的(de)綜(zong)合性能做出了許多努力(li)。提高(gao)PCMs TC的(de)主(zhu)要(yao)方法是在PCMs中添(tian)加填料(liao)，碳基材料(liao)（碳納米管、石(shi)墨烯、膨脹石(shi)墨（EG）、泡(pao)沫碳)、金屬泡(pao)沫和納米顆粒。同時，部分TC填料(liao)還起到(dao)一定的(de)防滲(shen)漏、吸收太陽光(guang)和作為支(zhi)撐載體(ti)等作用。

上(shang)海第二工業大學邴(bing)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”為題在(zai)《Energy》期刊（IF=7.147）發(fa)表(biao)研究(jiu)性文(wen)章。

研究內容：

有機固(gu)液相變材(cai)料（PCM）的光熱轉換和存(cun)儲在克服不連(lian)續太陽(yang)輻射方面顯示出(chu)巨(ju)大的潛力。然(ran)而考慮到制造出(chu)色的光熱轉換、傳(chuan)熱和能量存(cun)儲的集成設備仍然(ran)是(shi)一個挑戰。

文中，作者通過壓縮誘導石(shi)(shi)墨(mo)片自(zi)組裝(zhuang)構(gou)建(jian)3D取(qu)向(xiang)膨脹石(shi)(shi)墨(mo)(EG)，然后(hou)加(jia)載硬脂(zhi)酸(SA)以形成取(qu)向(xiang)PCM。在相同的石(shi)(shi)墨(mo)質(zhi)量分數和填充密(mi)度下，3D PCM的面內熱導率、熱響應和儲能(neng)密(mi)度優于非取(qu)向(xiang)PCM。

當(dang)石墨含(han)量為20wt%時，定向(xiang)相(xiang)變(bian)材料(liao)的(de)熱導率比非定向(xiang)相(xiang)變(bian)材料(liao)高34.2%，潛熱保持在159.36 J/g以上。

我們進一(yi)步制備了儲(chu)(chu)能(neng)磚(zhuan)(zhuan)，并協調定向(xiang)EG垂直于銅管軸向(xiang)的(de)熱(re)(re)傳導。儲(chu)(chu)能(neng)磚(zhuan)(zhuan)的(de)光(guang)熱(re)(re)能(neng)轉(zhuan)換效(xiao)率(lv)達到95.3%，充放(fang)電過程平均功率(lv)分別為(wei)2.1 kW和(he)2.4 kW。該太(tai)陽能(neng)儲(chu)(chu)能(neng)裝置的(de)設計方法提(ti)高了PCMs的(de)光(guang)熱(re)(re)轉(zhuan)換、儲(chu)(chu)能(neng)效(xiao)率(lv)，為(wei)大規模光(guang)熱(re)(re)應用提(ti)供了一(yi)種簡單(dan)且經濟的(de)策(ce)略。

研究結果：

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

圖2.儲能系統示意(yi)圖。

圖(tu)3.(a)原始EG、(b)3D定向EG、(c)PCM1(S2)和(d)PCM2(S8)的SEM圖(tu)像。（SA標記為藍(lan)色）。

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

圖5.純(chun)(chun)SA、PCM1和PCM2的(de)(de)(de)相變(bian)行為。(a)純(chun)(chun)SA和S8在加(jia)熱(re)和冷(leng)凍過程中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)DSC曲(qu)(qu)線(xian)。(b)純(chun)(chun)SA和加(jia)熱(re)和冷(leng)凍過程中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)DSC曲(qu)(qu)線(xian)。(c)純(chun)(chun)SA、S2、S8和S10的(de)(de)(de)熔化和凝(ning)固潛熱(re)。(d)S2在不(bu)同(tong)循環時間的(de)(de)(de)潛熱(re)。

圖6.PCM1和(he)PCM2在(zai)室(shi)溫(wen)下(xia)的(de)(de)(de)熱傳(chuan)導特性。(a)PCM2的(de)(de)(de)TC隨EG含量的(de)(de)(de)變(bian)化而變(bian)化(所有復(fu)合材料的(de)(de)(de)堆(dui)積密(mi)度都(dou)控制(zhi)在(zai)0.95 g·m-3的(de)(de)(de)最佳密(mi)度)。(b)不(bu)同(tong)堆(dui)積密(mi)度的(de)(de)(de)PCM1和(he)PCM2的(de)(de)(de)TC。(c)PCM1和(he)PCM2的(de)(de)(de)TC機制(zhi)。(d)不(bu)同(tong)復(fu)合材料的(de)(de)(de)TC和(he)增強因子比較。

圖7.不(bu)同(tong)樣品的加熱和冷卻(que)過程及表(biao)面溫度的紅外(wai)熱圖像。

圖(tu)(tu)(tu)8.光(guang)(guang)熱(re)(re)轉換性能測試得到的(de)(de)不(bu)同樣品(pin)的(de)(de)時(shi)間-溫度(du)(du)曲線。(a)樣品(pin)光(guang)(guang)熱(re)(re)轉換性能實驗(yan)裝置示意圖(tu)(tu)(tu)。(b)從(cong)兩(liang)個(ge)光(guang)(guang)熱(re)(re)表面(mian)(mian)到復合塊的(de)(de)傳熱(re)(re)示意圖(tu)(tu)(tu)。(c)兩(liang)個(ge)光(guang)(guang)熱(re)(re)表面(mian)(mian)和(he)(he)純(chun)SA表面(mian)(mian)的(de)(de)全光(guang)(guang)譜吸(xi)收。陰影顯示太陽輻射。(d)在100 mW·cm-2光(guang)(guang)強下(xia)(xia)，炭黑 3D表面(mian)(mian)和(he)(he)純(chun)SA復合塊內部的(de)(de)溫度(du)(du)分布。(e)在極(ji)端(duan)日照(zhao)強度(du)(du)下(xia)(xia)，PCM1和(he)(he)PCM2的(de)(de)內部溫度(du)(du)分布。Journal Pre-proof 21插(cha)圖(tu)(tu)(tu)顯示了(le)其潛熱(re)(re)存儲時(shi)間。(f)不(bu)同厚度(du)(du)（1 cm、2 cm、4 cm、7 cm）儲能磚(zhuan)的(de)(de)熱(re)(re)性能。插(cha)圖(tu)(tu)(tu)顯示了(le)它(ta)的(de)(de)能量存儲時(shi)間。

圖(tu)9.(a)儲能磚(zhuan)傳熱(re)過(guo)程示意圖(tu)和(he)(b)紅外(wai)照片。

圖(tu)10.(a)和(he)(b)PCM1在不(bu)同進水(shui)溫度(du)下的(de)加熱和(he)冷(leng)卻過程。(c)和(he)(d)在加熱過程中特(te)定(ding)進水(shui)溫度(du)下ESB1和(he)ESB2的(de)溫度(du)演(yan)變(bian)。

來源|Energy，熱質納能(neng)原文|//doi.org/10.1016/j.energy.2022.124198