編號：NMJS08203
篇名：高結構穩(wěn)定性、低泄漏率三維銅@石墨烯復合相變材料的制備
作者：李曉明 高逸丹 孔慶強 謝莉婧 劉卓 郭曉倩 劉燕珍 衛(wèi)賢賢 楊曉 張興華 陳成猛
關鍵詞： 電鍍 銅/石墨烯氣凝膠 三維石墨烯骨架 相變材料 脆性
機構： 中國科學院山西煤炭化學研究所 中國科學院大學材料科學與光電技術學院 太原科技大學環(huán)境與安全學院
摘要： 由于能源消費需求的持續(xù)增長和傳統(tǒng)化學燃料的日益枯竭,對可再生能源的需求日益迫切。以地熱能、太陽能為代表的可再生能源脫穎而出。然而,這些能源的應用易受到天氣、季節(jié)、地點和時間的影響,具有不穩(wěn)定性、隨機性、波動性和間歇性。儲能技術是解決上述問題的有效途徑,它可以在需要的時候儲存或釋放能量。在各種儲能技術可選材料中,相變材料(PCMs)是智能熱能管理和便攜式熱能領域的有力候選者。大多數(shù)相變材料都存在導熱系數(shù)低、環(huán)境污染、熔點泄漏等問題,因此有必要將相變材料封裝到支撐骨架材料中。事實上,支撐材料在應用中仍面臨著一些重大挑戰(zhàn)。首先,骨架材料應能抵抗相變材料在相變過程中的體積變化,即具有良好的結構穩(wěn)定性。其次,還應具有較高的導熱系數(shù)和較低的泄漏率。石墨烯氣凝膠(GA)已被證明是提高相變材料形狀穩(wěn)定性的有效支撐骨架,但相變引起的泄漏和網(wǎng)絡結構的脆性是制約其應用的關鍵問題。在此,我們提出了一種雙脈沖電鍍的強化策略,用于制備銅@石墨烯氣凝膠(Cu@GA)作為相變儲能骨架材料。這一結構設計中,石墨烯氣凝膠上的石墨烯片層上均勻地鍍上了銅層,且不同片之間被銅鍍層所連接。這種銅增強石墨烯氣凝膠網(wǎng)絡結構賦予復合材料良好的導熱性和堅固的骨架穩(wěn)定性,有利于增強相變換熱和抑制相變過程中的泄漏。此外,通過真空浸漬法將十八胺(ODA)封裝在Cu@GA骨架中,獲得了結構穩(wěn)定性高、泄漏率低的復合相變材料(Cu@GA/ODA),保證了ODA在Cu@GA骨架材料中的均勻分散和填充。通過比較復合相變材料的重量變化,研究了不同骨架對復合相變材料泄漏率的影響。優(yōu)化后的復合相變材料(CPCM)Cu@GA/ODA經(jīng)20次儲熱、放熱循環(huán)后,泄漏率降低至19.82%(w,質(zhì)量分數(shù)),而GA/ODA和GOA/ODA為骨架的復合相變材料的泄漏率分別為80.31%(w)和72.99%(w)。為了探討這種影響的原因,用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察了循環(huán)后骨架的形貌。銅/石墨烯氣凝膠(Cu@GA)骨架材料沒有明顯的收縮或坍塌,仍可以保持完整的三維網(wǎng)絡結構,而氧化石墨烯氣凝膠(GOA)和石墨烯氣凝膠(GA)的骨架材料三維結構不復存在,且在氧化石墨烯/石墨烯片能夠觀察到明顯的裂隙。銅涂層可以提高骨架的微觀結構穩(wěn)定性,有利于提高結構穩(wěn)定性,降低復合材料的泄漏率。同時,該研究為構建理想的金屬增強石墨烯氣凝膠復合骨架材料鋪平了新的道路,該復合材料具有優(yōu)異的綜合性能,可用于未來的相變儲能、多孔微波吸收和儲能應用。
