編號：NMJS08203
篇名：高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、低泄漏率三維銅@石墨烯復(fù)合相變材料的制備
作者：李曉明 高逸丹 孔慶強(qiáng) 謝莉婧 劉卓 郭曉倩 劉燕珍 衛(wèi)賢賢 楊曉 張興華 陳成猛
關(guān)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(jī)構(gòu)： 中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所 中國科學(xué)院大學(xué)材料科學(xué)與光電技術(shù)學(xué)院 太原科技大學(xué)環(huán)境與安全學(xué)院
摘要： 由于能源消費需求的持續(xù)增長和傳統(tǒng)化學(xué)燃料的日益枯竭,對可再生能源的需求日益迫切。以地?zé)崮�、太陽能為代表的可再生能源脫穎而出。然而,這些能源的應(yīng)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(jī)性、波動性和間歇性。儲能技術(shù)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(shù)可選材料中,相變材料(PCMs)是智能熱能管理和便攜式熱能領(lǐng)域的有力候選者。大多數(shù)相變材料都存在導(dǎo)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(yīng)用中仍面臨著一些重大挑戰(zhàn)。首先,骨架材料應(yīng)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。其次,還應(yīng)具有較高的導(dǎo)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(luò)結(jié)構(gòu)的脆性是制約其應(yīng)用的關(guān)鍵問題。在此,我們提出了一種雙脈沖電鍍的強(qiáng)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(jié)構(gòu)設(shè)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(qiáng)石墨烯氣凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)賦予復(fù)合材料良好的導(dǎo)熱性和堅固的骨架穩(wěn)定性,有利于增強(qiáng)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高、泄漏率低的復(fù)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(fù)合相變材料的重量變化,研究了不同骨架對復(fù)合相變材料泄漏率的影響。優(yōu)化后的復(fù)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?jǐn)?shù)),而GA/ODA和GOA/ODA為骨架的復(fù)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(luò)結(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu)不復(fù)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,有利于提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,降低復(fù)合材料的泄漏率。同時,該研究為構(gòu)建理想的金屬增強(qiáng)石墨烯氣凝膠復(fù)合骨架材料鋪平了新的道路,該復(fù)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(yīng)用。
