來源 | Journal of Energy Storage

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背景介紹

隨著工業的發展，節能減排的要求越來越高。在所有可能的探索中，熱能存儲（TES）為緩解能源供需失衡提供了一種充分且便捷的方式。因此，TES越來越受到人們的關注。相變材料 (PCM) 是 TES 的重要候選材料，因為它在相變過程中具有高潛熱和窄的溫度波動。然而，導熱系數低和形狀穩定性差嚴重阻礙了相變材料的大規模應用。將多孔碳質材料和相變材料集成形成形狀穩定的復合相變材料（ss-CPCM），為這一挑戰提供了一種適用、簡便且簡單的解決方案，這歸因于碳的優異性能，包括高導熱性，比表面積大，與各種相變材料具有良好的化學相容性。因此，CPCM 在 TES 以及熱管理方面顯示出巨大的潛力，例如電子設備和電化學儲能系統。對于電化學儲能的熱管理系統，研究人員進行了大量的探索，并通過實驗和模擬提出了各種解決方案。

碳納米管（CNT）作為碳的重要同素異形體，具有長圓柱形結構，直徑為一至數十納米，長度為幾微米至幾厘米。在過去的幾十年里，碳納米管在相變材料領域展現出了巨大的潛力，為相變材料所面臨的各種挑戰提供了有效的解決方案，例如導熱系數低、形狀穩定性差、光穩定性差等。為了進一步提高CPCM的性能，人們提出并不斷探索改性碳納米管。

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成果掠影

近期，西安交通大學王秋旺教授團隊基于金屬有機框架（MOF）制備了高度取向的含氮碳納米管（N-CNT）。然后以所合成的N-CNT為支撐材料、二十二烷為功能材料制備了N-CNT/二十二烷復合PCM（CPCM）。結果表明，通過與 N-CNT 結合，二十二烷的形狀穩定性顯著增強。CPCM 擁有導熱系數達到0.5286 W·m ^-1·k ^-1。此外，CPCM在20次熔化-冷凍循環后表現出優異的循環性能，具有超高的潛熱保留率（熔化過程為99.95％，冷凍過程為99.94％）。在充放電循環性能測試中，采用CPCM薄膜后，鋰離子電池的最高溫度降低了約2℃。這一探索在刺激相變材料的發展方面展現出巨大的潛力，并為鋰離子電池熱管理提供了一種新技術。研究成果以“Shape-stabilized phase change material based on MOF-derived oriented carbon nanotubes for thermal management of lithium-ion battery”為題發表于《Journal of Energy Storage》。

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圖文導讀

圖1 N-CNTs/CPCM的制備工藝示意圖。當溫度高于CPCM的熔化溫度時，N-CNTs與二烷之間的氫鍵有助于固定N-CNTs孔內的二烷，從而提高形狀穩定性。由定向氮-碳納米管提供的大量傳熱通道有助于提高CPCM中的傳熱速率。

圖2 詳細介紹了N-CNTs的制備工藝。

圖3 微觀形態學和EDS。

圖4 由ZIF-67衍生的N-CNTs組裝的空心十二面體的表征。

圖5 (a)用N-CNTs/不透明CPCM膜粘貼后的原始袋細胞和袋細胞示意圖。N-CNTs/全碳CPCM膜的(b) DSC曲線。(c)LIB熱管理測試系統示意圖。

END

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