具有高焓值的有機(jī)相變材料（PCM）是理想的儲(chǔ)熱和放熱材料，有望促進(jìn)熱能利用，緩解能源短缺問(wèn)題。然而，普通有機(jī)相變材料固有的吸光性差、導(dǎo)熱性差、形狀穩(wěn)定性弱等缺點(diǎn)嚴(yán)重制約了太陽(yáng)能的吸收、轉(zhuǎn)化和利用。近日，北京化工大學(xué)李曉鋒教授、于中振教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)在 2800 °C 下進(jìn)行單向冷凍、凍干、碳化和石墨化，首次設(shè)計(jì)出了由預(yù)氧化聚丙烯腈（OPAN）/氧化石墨烯（GO）成分制成的高質(zhì)量各向異性石墨烯氣凝膠。GO成分能有效地誘導(dǎo)OPAN成分的取向和石墨化，并在石墨化過(guò)程中將其轉(zhuǎn)化為石墨碳。在用石蠟進(jìn)行真空輔助浸漬后，得到了一種最佳的導(dǎo)熱相變復(fù)合材料（PCC），在石墨烯含量為1.07 Vol%的低水平下，其通面導(dǎo)熱系數(shù)提高到了4.36Wm
-1K
-1，形狀穩(wěn)定性得到改善，潛熱保持率高達(dá)99.7%。得益于出色的光吸收和太陽(yáng)-熱轉(zhuǎn)換能力，PCC在太陽(yáng)-熱-電能量轉(zhuǎn)換應(yīng)用中非常高效，在5kWm
-2 的模擬太陽(yáng)光照射下，輸出電壓高達(dá)1181mV。通過(guò)釋放存儲(chǔ)在PCC中的熱能，即使在太陽(yáng)光停止照射后，它也可以繼續(xù)為L(zhǎng)ED燈供電。這項(xiàng)工作為制造具有高潛熱保持率的導(dǎo)熱PCC提供了一種可行而有效的方法，用于高效的太陽(yáng)能-熱能-電能轉(zhuǎn)換。相關(guān)研究成果以“High-Quality Anisotropic Graphene Aerogels and Their Thermally Conductive Phase Change Composites for Efficient Solar–Thermal–Electrical Energy Conversion”為題發(fā)表于《ACS Sustainable Chem. Eng.》。
圖1.（a） PG氣凝膠及其石蠟相變復(fù)合材料的制造示意圖。（b,c）PG4的側(cè)視圖和（d，e）俯視圖SEM圖像。（f） PG4的數(shù)碼照片。
圖 2. (a) 在 OPAN/GO 懸浮液中以不同的初始 GO 比率制備的 PG 氣凝膠的表觀密度。插圖顯示了不同 PG 氣凝膠的尺寸。(b) PG 氣凝膠的 XRD 圖。(c) PG 氣凝膠的 (002) 衍射角和 FWHM 圖。(d) PG1、(e) PG2、(f) PG3、(g) PG4 和 (h) PG5 在 2800 °C 石墨化后的拉曼圖。(i) PG 氣凝膠的平均 ID/IG 值和晶體尺寸。
圖3. (a) 未退火的 PG4 和 (b) 1000 °C 退火的 PG4 的拉曼圖譜。(c) XPS 圖樣，以及 (d) 未退火 PG4、PG4-1000 ℃ 和 PG4-2800 ℃ 的平均 ID/IG 值和 C/O 原子比。
圖4. (a) PPG 復(fù)合材料的縱向和橫向?qū)嵯禂?shù)。(b) PiPG 復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)。(c) 石蠟和 PPG 相變復(fù)合材料的熱重分析曲線。(d) PPG 相變復(fù)合材料的殘留物質(zhì)量百分比，以及 (e) 填充物含量和導(dǎo)熱率提高效率。(f) PPG4 的熱導(dǎo)率和潛熱保持率與已報(bào)道的 PCC 的比較。紅外圖像顯示石蠟和 PPG4 在同步（g）加熱和（h）冷卻過(guò)程中的熱反應(yīng)。
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