成果简介
有机相变材料虽然在相变过程中可以可逆地储存和释放潜热，但其光热转换能力弱、热传导率低、结构稳定性差，严重阻碍了其在光热转换和热能利用方面的应用。本文，北京化工大学李晓锋、于中振教授团队在《J. Mater. Chem. A》期刊发表名为“Constructing anisotropic conical graphene aerogels with concentric annular structures for highly thermally conductive phase change composites towards efficient solar–thermal–electric energy conversion”的论文，研究提出构建了具有同心环形结构的各向异性高质量锥形石墨烯气凝胶（HCGAs），以增强用于太阳能-热-电能转换应用的相变材料的热传导、太阳能-热能转换和形状稳定性。
通过调节氧化石墨烯液晶的取向，得到的石墨烯片从锥体的顶点排列到锥体的底部，沿相变复合材料的垂直方向提供有效的热传递。在 1 : 2 的初始 GO/GNP 质量比下，HCGA/十四烷醇相变复合材料表现出 4.54 W m -1 K -1的高热导率石墨烯含量为 7.05 wt%。得益于低石墨烯负载，相变复合材料实现了206.1 J g -1的高相变焓和94.5%的高潜热保持率，表明其具有优异的储能性能。此外，太阳能-热-电发电机与锥形相变复合阵列组装在一起，在100和500 mW cm -2的太阳光强度下分别表现出261和1214 mV的最大输出电压。即使在没有太阳光之后，仍然可以通过释放储存的热能来继续电压输出。
图文导读
图1、 示意图说明了锥形 HCGA 骨架及其导热十四烷醇相变复合材料的制备过程。
图2、 (a) HCGA2 和 (b) HCGA2/十四烷醇相变复合材料的数码照片。锥形 HCGA2 的 (c, d) 横截面和 (e, f) 侧面的 SEM 图像。
图3. (a) GO、GNP、CGA2 和 HCGA2 的 XRD 图谱。(b) 十四烷醇和石墨烯气凝胶/十四烷醇复合材料的热导率。(c) HCGA1/十四烷醇和 HCGA2/十四烷醇复合材料的 TGA 曲线。(d) 十四烷醇、HCGA1/十四烷醇和 HCGA2/十四烷醇复合材料的加热和 (e) 冷却 DSC 曲线。(f) 相变复合材料的热导率和潜热保持率与文献报道的比较。
图4、相变复合材料的太阳能-热能转换行为
图5、STE发电机的太阳能-热-电能转换性能
小结
综上所述，通过对 GO/GNP 悬浮液进行水热处理，然后在 2800 °C 下冷冻干燥和石墨化，构建具有同心环状结构的各向异性和锥形高质量石墨烯气凝胶，以增强热传导、太阳能-热能转换和形状稳定性十四醇相变材料。
文献：https://doi.org/10.1039/D2TA06457J
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