成果简介
由于还原自组装法和冰模板法制备的石墨烯气凝胶难以控制形状且抗压性差，因此其应用受到限制。本文，西南科技大学Fangfang He等研究人员在《Mat Sci Semicon Proc》期刊发表名为“Shape-stabilized phase change materials based on polyvinyl alcohol/graphene hybrid aerogels for efficient solar-thermal energy conversion”的论文，研究以（3-氨基丙基）二乙氧基甲基硅烷（APDEMS）为交联剂和还原剂，还原氧化石墨烯（rGO）和聚乙烯醇（PVA）为支撑结构材料，采用化学交联和冷冻干燥法制备了一系列聚乙烯醇/石墨烯气凝胶（PGA）。
交联效应和 PVA 增强效应实现了气凝胶的形状控制并增强了抗压性。当氧化石墨烯含量为 50 mg 时，得到的 PGA5 混合气凝胶具有更好的抗压性能，50% 压缩时的抗压强度为 6.26 KPa。然后，通过真空浸渍法将 PEG 加入 PGA 中，制备了 PGA@PEG 形状稳定相变材料（SSPCMs）。用 PGA5 制备的 PGA5@PEG 热导率高达 0.481 W m-1 K-1，具有优异的储能性能（相变焓为 178.6 J/g）和良好的热循环稳定性。此外，PGA5@PEG 的光热转换效率高达 86.9%。
因此，我们设计了一个太阳热水系统，以拓宽 SSPCM 在太阳热能转换领域的应用。在 2 小时的加热过程中，PGA5@PEG-水系统可迅速达到 57.3 ℃ 的最高温度，高于纯水系统（40.4 ℃）。PGA@PEG SSPCMs 作为潜热存储/释放单元在太阳能存储和转换领域的应用前景非常广阔。
图文导读
图1.（a） PGAn和PGAn@PEG SSPCMs的制备工艺。（b） PGA的合成路线示意图。
图2.（a-d）PGA2、PGA3、PGA4 和 PGA5 的数码照片，从左到右。（e-h）PGA2、PGA3、PGA4 和 PGA5 的 SEM 图像，从左到右。
图3.（A-C）GO、PGA 和 c-PGA 的 XPS 测量光谱。GO （d）、PGA5 （e） 和 c-PGA5 （f） 的 C 1s 光谱。PGA （g） 和 c-PGA （h） 的 N 1s 光谱。（i） GO、PVA、PGA和PVA-APDEMS的傅立叶变换红外光谱。
图4.（a） 80 °C等温加热过程中PEG和PGA5@PEG的数码照片。（b） PEG和PGA5@PEG在65 °C等温加热下，500g砝码的数字图像。
图5.（a） PEG和PGA@PEG的导热系数。（b） 加热和 （c） 冷却期间 PEG 和 PGA5@PEG 的红外热成像。
图6.太阳能热水实验装置图（a）加热过程和（b）冷却过程;（c） 模拟太阳光下纯水系统和PGA5@PEG水系统的时间-温度曲线;（d） 住宅光热蓄水系统示意图。
小结
本研究成功制备了一种基于PGA杂化气凝胶和PEG的SSPCM材料，用于太阳能的高效转化利用。采用APDEMS化学辅助交联和冷冻干燥技术制备了一系列不同GO含量的PGA杂化气凝胶。随后，通过真空浸渍将PEG注入PGA杂化气凝胶中，制备了PGA@PEG SSPCM。制备的PGA具有良好的压缩回弹性。GO浓度为5 mg/mL时，PGA5在50%压缩下的抗压强度高达6.26 KPa。PGA5@PEG具有良好的储热能力，相变焓为178.6 J/g，导热系数为0.481 W m−1K−1，比纯PEG高131.25%。PGA5@PEG的光热转换效率为86.9 %。在光热储水系统中，PGA5@PEG水系统升温迅速，最高温度达到57.3 °C，高于纯水系统（40.4 °C）。这些结果表明，PGA@PEG在太阳能收集和转换系统中具有潜在的应用前景。
文献：https://doi.org/10.1016/j.mssp.2023.107931
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