成果简介
相变储能技术为太阳能的利用提供了一种可行的选择；然而，其潜在的缺点，如低导热性、相变泄漏和火灾隐患，导致其应用存在缺陷。本文，中国地质大学(武汉)工程学院 周克清 特任教授团队在《ACS Appl. Nano Mater》期刊发表名为“Graphene Aerogels Embedded with Boron Nitride Nanoparticles for Solar Energy Storage and Flame-Retardant Materials”的论文，研究利用氮化硼前驱体 BM（硼酸和三聚氰胺）和氧化石墨烯，通过还原和煅烧过程中的自组装方法，构建了具有双重导热网络的石墨烯/氮化硼（GB）气凝胶。然后用石蜡（PW）真空浸渍 GB气凝胶，制备PW-GB复合相变材料（PCM）。
研究结果表明，双层网络结构确保了 PW-G4B2 复合材料具有出色的潜热效率（96.7%）和 3.0% 的低泄漏率。由于附着了高导热性的 BN 纤维，PW-GB的导热系数达到0.4108W/(m-K)，比纯PW高81.5%。同时，在100mW/cm2光密度条件下，其光热转换效率达到 78.99%，显示出在光热转换应用中进行热管理的巨大潜力。此外，具有优异热稳定性的 BN纤维与石墨烯纳米片的协同阻隔效应使其热稳定性和阻燃性能显著提高。
图文导读
图1.（a） BM前驱体和（b） PW-GB复合材料的制备流程。
图2：（a）BN 纤维和 GB 气凝胶的 XRD 曲线；（b）G4B2 的 XPS 光谱；以及（c-f）G4B2 中 B 1s、N 1s、C 1s 和 O 1s 的窄扫描结果。(g) BN 纤维、(h) GA、(i) GA950、(j) G4B2 和 (k, l) G4B4 的扫描电镜图像。
图3：(a) PW 和 PW-GB 复合材料的 XRD 曲线和(b) 傅立叶变换红外光谱。(c) PW-GA、(d) PW-GA950、(e) PW-G4B2 和 (f) PW-G4B4 的扫描电镜图像。
图4：（a）PW-GB 复合材料的热传导机制和（b）热导率，以及加热过程中样品的数码照片：（c-g）纯 PW、PW-GA、PW-GA950、PW-G4B2 和 PW-G4B4，以及（h）泄漏率。
图5：（a）纯 PW 和 PW-GB 的 DSC 曲线、（b）相应柱状图和（c）潜效率；（d）纯 PW 和 PW-GB 在太阳能-热转换中的温度变化曲线和（e）ηa；以及（f）本研究与之前研究的太阳能-热转换能力对比
图6：纯 PW 和 PW-GB 的 (a) TG、(b) DTG、(c) HRR 和 (d) THR 曲线。
小结
在这项工作中，通过还原和煅烧过程中的自组装方法制备的 GB 气凝胶与石蜡相结合，合成了 PW-GB 复合 PCM。XRD 和 XPS 结果表明，BM 前驱体成功转化为 BN 纤维，而 SEM 则表明 BN 纤维和石墨烯纳米片通过自组装形成了双层导热网络。与纯 PW 相比，PW-G4B2 的相变焓为 135.19 J/g，潜热效率达到 96.72%。得益于双导热途径，PW-G4B2 的导热系数比纯 PW 提高了 81.5%，并且在泄漏测试中保持了良好的形状稳定性。同时，PW-G4B2 的光热效率高达 78.99%。基于 GA-BN 气凝胶的阻隔效应和热稳定性，PW-G4B4 的 T5% 和 Tmax 分别达到了 196.0 和 286.6 ℃。总之，PW-GB 复合材料具有优异的导热性、形状稳定性、热稳定性、阻燃性和太阳能-热转换性能，能够实现太阳能-热转换应用中的储能和防火安全。
文献：https://doi.org/10.1021/acsanm.3c04514
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