成果简介
利用石墨烯气凝胶封装相变材料（PCMs）是实现太阳能-热能转换和储存的一种前景广阔的策略。然而，石墨烯气凝胶的自堆积效应和固有晶格缺陷极大地限制了其封装 PCM 的整体性能。本文，中国地质大学(武汉)杨华明课题组在《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》期刊发表名为“Nanoclay Hybridized Graphene Aerogels Encapsulating Phase Change Material for Efficient Solar-Driven Desalination and Electricity Generation”的论文，研究受榫卯结构的启发，制备了氨基-凹凸棒石/石墨烯杂化气凝胶（GNA）。由于氨基凹凸棒石纳米纤维对石墨烯气凝胶的结构调控，混合气凝胶在内部建立了连续的传热通道，确保了 PCM 的稳定封装。
基于月桂酸（LA）浸渍GNAb的太阳能驱动形状稳定复合PCM（LA/GNAb）实现了LA有效封装率（93.1%）、热导率（1.164 W m-1 K-1）和光热转换能力（90.5%）的协调提升。本研究利用 LA/GNAb 的光热转换和热存储特性，展示了其在太阳能驱动的海水淡化和太阳能热电发电方面的先进应用。集成了 LA/GNAb 的蒸发器和发电机在1太阳辐照下分别显示出2.13 kg m-2 h-1的高蒸发率和1.57W m-2 的稳定功率密度，即使在黑暗条件下也能维持更长的运行时间。这项工作为设计多功能太阳能驱动热界面材料提供了新的思路。
图文导读
图1、氨基-凹凸棒石/石墨烯杂化气凝胶的榫卯结构启发设计，简称GNA，封装了用于太阳能驱动海水淡化和太阳能热电发电的相变材料。
图2、GNA气凝胶的表征
图3、GNA气凝胶的结构与性能
图4、a) LA 和所有制备的 ssCPCM 的 DSC 曲线。b) LA 和所有制备的 ssCPCM 的焓值和相变温度。c) LA 和所有制备的 ssCPCM 的热导率。f) 2000 次热循环后 LA/GNAb 的焓值和相变温度。g) 2000 次热循环后 LA/GNAb 的 XRD 图。c中的误差为稳定状态下热导率的标准偏差（s.d.）（n = 5）。
图5、a) LA 和 LA/GNAb 的紫外-可见-近红外吸收光谱。b) LA/GNAb 在不同强度太阳光照射下的底面温度。c) 由 LA/GNAb 和吸水棉棒组成的太阳能驱动界面蒸发器方案。h) 海水和冷凝水中金属离子浓度的比较。f 和 g 中的误差为稳定状态下蒸发率和蒸发效率的标准偏差（s.d.）（n = 3）。
图6、a) 自建太阳能热电发电机的方案。b) 在光照开启和关闭模式下（较低表面温度：20 °C），组装好的 STEG 的热端温度、c) 开路电压和 d) 短路电流。g) 微型灯泡、h) 小风扇、i) CUG LED 灯和 j) CSU LED 灯充电后的 STEG 运行数字图像。
小结
综上所述，受榫卯结构的启发，我们报道了一种氨基-凹凸棒石/石墨烯杂化气凝胶的制备策略，以克服石墨烯气凝胶在封装相变材料中的固有缺点。通过氨基凹凸棒石的包埋和尺寸调节，GNA杂化气凝胶内部形成了连续的传热路径和有效的包封网络。采用月桂酸杂化气凝胶包封制备的ssCPCMs（LA/GNAb）对LA的超高效包封率为93.1%。与封装率降低 6.9% 的损失相比，LA/GNAb 的热导率提高到 1.164 W m−1K−1，是纯LA的3.57倍。同时，LA/GNAb 还具有优异的长期稳定性，在 1 太阳光照射下的光热转换效率高达 90.5%。基于 LA/GNAb 的光热转换和热存储特性，我们展示了其作为太阳能驱动的热界面材料在海水淡化和发电领域的应用。与 LA/GNAb 集成的蒸发器和发电机在 1 太阳光照射下分别显示出 2.13 kg m-2 h-1 的高蒸发率和 1.57 W m-2 的稳定输出功率，即使在黑暗中也能延长组装设备的运行时间。预计太阳能驱动的热增强型 ssCPCM 将在各种太阳能-热转换应用中展现出巨大潜力。
文献：https://doi.org/10.1002/adfm.202408693
本文来自材料分析与应用，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
