高温石墨化3D大片径石墨烯气凝胶应用于相变材料的封装

由于化石能源的不断消耗，能源危机是全球面临的重大挑战。在我国，能源的综合利用效率低于33 %，远低于一些发达国家。基于此，相变材料（PCM）是一类可控存储和释放能量的储能材料，它可以实现能量的二次使用而提高能源的利用效率。目前，研究者所开发的相变储能材料主要包括有机和无机两类。其中，有机类的烷烃相变材料具有高能量存储密度和宽响应温度而备受关注。但是，纯相变材料的低热导率（<0.3W/m·K）会减慢凝固/融化相变过程，从而导致低的能量存储效率。以及在融化过程中的泄露问题严重影响其广泛应用。

针对这些问题，石墨烯具有高热导率和超低密度的优点，是一种优异的导热填料。因此，将石墨烯构建成3D网络骨架填入相变材料有效地提高其热导率。同时，3D网络结构能够很好地封装基体材料防止其泄露。但是，石墨烯3D网络的构建是以氧化石墨烯（GO）为原料。GO表面含有丰富的含氧官能团以及构建石墨烯网络的片-片搭接边界会引起大量声子的散射，导致其低的热导率。

近日，中科院山西煤化所709组提出采用大片经的GO为原料构筑3D网络石墨烯气凝胶减少片-片搭接界面。同时，配合2800 ℃石墨化技术移除表面的含氧官能团和修复表面的缺陷。将所制备的气凝胶进一步封装石蜡得到相变复合材料（PCC）。这种方法能够有效地减少在石墨烯骨架中的声子散射，提高了相变复合材料的热导率。同时，该PCC具有高的相变潜热（225.7 J/g），实现了高能量存储密度。此外，这种方法有效地增加了相变材料的尺寸稳定性，在循环30次能量存储/释放后，相变潜热依然保持97.11%。该工作为设计快速导热、高尺寸稳定性和高能量存储密度的相变材料提供新思路。相关工作发表到复合材料国际期刊composites part A 上。题为：Ultra-high temperature graphitization ofthree-dimensional large-sized graphene aerogel for the encapsulation of phasechange materials. 文章第一作者是孔庆强。通讯作者为吕春祥研究员、陈成猛研究员。