具有高焓的有機相變材料是儲熱和放熱的理想材料，有望促進熱能的利用，緩解能源短缺。然而，普通有機相變材料固有的較差的吸光性、較差的導熱性和較弱的形狀穩定性嚴重限制了太陽能的吸收、轉化和利用。本文首次通過2800°C下的單向冷凍、冷凍干燥、碳化和石墨化，設計了由預氧化聚丙烯腈（OPAN）/氧化石墨烯（GO）組分衍生的高質量各向異性石墨烯氣凝膠。GO組分有效地誘導OPAN組分的取向和石墨化，并在石墨化過程中將其轉化為石墨碳。在用石蠟真空輔助浸漬后，獲得了一種最佳的導熱相變復合材料（PCC），該復合材料在1.07 vol%的低石墨烯含量下具有4.36 W m
–1 K
–1的增強過平面熱導率、改進的形狀穩定性和99.7%的相當高的潛熱保持率。由于PCC具有顯著的光吸收率和光熱轉換能力，在5 kW m
–2的模擬太陽光照射下，其輸出電壓為1181 mV，在太陽能-熱能-電能轉換應用中非常有效。通過釋放存儲在PCC中的熱能，即使在太陽光照射停止后，它也可以繼續為LED燈供電。這項工作為制造具有高潛熱保持率的導熱PCCs提供了一種可行而有效的方法，用于高效的太陽能-熱能-電能轉換。
圖1.（a） PG氣凝膠及其石蠟相變復合材料的制備示意圖。PG4的（b，c）側視圖和（d，e）頂視圖SEM圖像。（f） PG4的數碼照片。
圖2:（a）OPAN/GO懸浮液中不同初始GO比制備的PG氣凝膠的表觀密度。插圖展示了不同PG氣凝膠的尺寸。（b） PG氣凝膠的XRD圖譜。（c）PG氣凝膠的（002）衍射角和FWHM圖。2800°C石墨化后（d）PG1、（e）PG2、（f）PG3、（g）PG4和（h）PG5的拉曼圖譜。（i） PG氣凝膠的平均I
D/I
G值和晶體尺寸。
圖3.（a）未退火PG4和（b）在1000°C下退火的PG4的拉曼映射圖像。（c） XPS圖譜，以及（d）未退火的PG4、PG4-1000°c和PG4-2800°c的平均I
D/I
G值和C/O原子比。
圖4.（a）PPG復合材料的縱向和橫向熱導率。（b）PiPG復合材料的熱導率。（c）石蠟和PPG相變復合材料的TGA曲線。（d）填料含量和（e）PPG相變復合材料的熱導率增強效率。（f） PPG4與已報道的PCCs的熱導率和潛熱保持率的比較。紅外圖像顯示石蠟和PPG4在同步（g）加熱和（h）冷卻過程中的熱響應。
圖5.（a）加熱和（b）冷卻DSC曲線，以及（c）石蠟和PPG復合材料的相變焓。（d） PPG4 100次循環的DSC曲線。（e） TMA曲線和（f）石蠟和PPG4的紫外-可見-近紅外吸收光譜。2 kW m
–2的模擬太陽光照射下（g）石蠟、（h）PiPG4和（i）PPG4的溫度-時間曲線。
圖6.（a） 散熱器在空氣中時，坯料、石蠟和PPG4覆蓋的熱電產品的輸出電壓。當散熱器在水中時，PPG4覆蓋的熱電的輸出（b）電壓和（c）電流。（d） PPG4覆蓋的熱電的穩定輸出電力和（e）功率密度。（f）PPG4覆蓋的熱電在10 kW m
–2的太陽光照射下的輸出電壓/電流。（g）太陽能-熱能-電能轉換實驗裝置示意圖。（h）停止太陽能模擬器后LED燈的亮度變化。
相關研究成果由北京化工大學Xiaofeng Li和Zhong-Zhen Yu等人2023年發表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering (https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.3c02154)上。原文：High-Quality Anisotropic Graphene Aerogels and Their Thermally Conductive Phase Change Composites for Efficient Solar–Thermal–Electrical Energy Conversion。
轉自《石墨烯研究》公眾號
