石蠟/膨脹石墨/石墨烯復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料的制備及性能

閆嘉森， 韓現(xiàn)英， 黨兆涵， 李建剛， 何向明

石蠟/膨脹石墨/石墨烯復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料的制備及性能

閆嘉森1， 韓現(xiàn)英1， 黨兆涵1， 李建剛1， 何向明2

（1. 北京石油化工學(xué)院新材料與化工學(xué)院, 燃料清潔化及高效催化減排技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 102617； 2. 清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究所, 北京 100084）

以石蠟(PA)作為相變儲(chǔ)熱材料、 膨脹石墨(EG)作為主導(dǎo)熱材料和支撐材料、 石墨烯氣凝膠(GA)作為導(dǎo)熱增強(qiáng)材料和輔支撐材料制備了PA/EG/GA復(fù)合相變材料, 研究了GA添加量對(duì)復(fù)合相變材料相變溫度、 相變潛熱、 導(dǎo)熱性能以及循環(huán)穩(wěn)定性的影響. 結(jié)果表明, 所制備的80%PA-17%EG-3%GA復(fù)合相變材料導(dǎo)熱性能良好, 循環(huán)穩(wěn)定性出色. 與80%PA-20%EG復(fù)合材料相比, 該材料的相變溫度、 相變潛熱以及循環(huán)穩(wěn)定性無(wú)明顯變化, 但導(dǎo)熱系數(shù)由4.089 W/(m·K)提升到了5.336 W/(m·K), 顯示出良好的應(yīng)用前景.

相變儲(chǔ)熱材料； 石蠟； 膨脹石墨； 導(dǎo)熱增強(qiáng)； 石墨烯氣凝膠

近年來(lái)， 新能源行業(yè)高速發(fā)展， 大容量鋰電池因具有高能量密度、 大輸出功率、 短充放電時(shí)間、 長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)［1～3］而被廣泛應(yīng)用于5G通訊、 新能源汽車、 煤炭及軌道交通等領(lǐng)域［4～7］. 大容量鋰電池在工作時(shí)通常需要串并聯(lián)使用， 會(huì)產(chǎn)生大量的熱， 如果熱量不能及時(shí)散出， 就會(huì)引起熱失控， 安全隱患極大. 因此， 開(kāi)發(fā)鋰電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)， 對(duì)鋰電池進(jìn)行有效的熱控制具有重大意義. 目前常用的鋰電池?zé)峁芾矸绞接凶匀焕鋮s、 液體冷卻、 機(jī)械冷卻和相變材料冷卻［8，9］. 其中， 相變材料冷卻因具有控溫效果好、 成本低、 冷卻效率高及體積變化小等優(yōu)點(diǎn)［10，11］而備受關(guān)注. 石蠟作為一種有機(jī)烷烴類物質(zhì)， 具有相變潛熱巨大、 相變溫度適宜、 價(jià)格低廉、 安全無(wú)毒和易于購(gòu)得等優(yōu)點(diǎn)［12］， 因此常被用作相變材料進(jìn)行鋰電池?zé)峁芾硌芯? 然而， 該材料存在導(dǎo)熱系數(shù)低和泄漏量大等問(wèn)題［13］， 極大限制了其實(shí)際應(yīng)用.

為解決上述問(wèn)題， 常使用具備高導(dǎo)熱性的多孔碳基材料來(lái)吸附石蠟， 以提高石蠟的導(dǎo)熱性能并降低其泄漏量. 常用的碳基材料有碳納米管、 石墨烯、 碳纖維、 膨脹石墨等. 其中， 膨脹石墨以多孔吸附性強(qiáng)、 導(dǎo)熱性好、 價(jià)格低廉等顯著優(yōu)勢(shì)而被用作主導(dǎo)熱支撐材料， 而石墨烯以其高導(dǎo)熱性常被用作導(dǎo)熱增強(qiáng)材料. 如黃菊花等［14］以石蠟為相變材料、 膨脹石墨為主導(dǎo)熱材料、 石墨烯和鋁蜂窩為導(dǎo)熱增強(qiáng)材料制備了復(fù)合相變材料并用于鋰電池?zé)峁芾碇校?當(dāng)石墨烯含量為2%時(shí)， 所制備的復(fù)合相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到7.125 W/（m·K）， 對(duì)鋰電池有良好的控溫效果. Xu等［15］通過(guò)壓制工藝制備了石蠟/膨脹石墨/石墨烯復(fù)合相變材料并用于鋰電池?zé)峁芾碇校?發(fā)現(xiàn)添加石墨烯的相變材料冷卻效果要優(yōu)于石蠟/膨脹石墨復(fù)合相變材料. 然而， 石墨烯為片狀結(jié)構(gòu)， 對(duì)石蠟吸附性弱， 添加石墨烯易導(dǎo)致石蠟泄漏量增加.

與石墨烯相比， 石墨烯氣凝膠具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)， 在保持高導(dǎo)熱性的同時(shí)， 還可以吸附石蠟以抑制泄漏量增加， 應(yīng)是更理想的導(dǎo)熱增強(qiáng)材料. 基于此， 本研究以石蠟為相變儲(chǔ)熱材料， 價(jià)格低廉的膨脹石墨為導(dǎo)熱支撐材料， 具備良好三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的石墨烯氣凝膠為導(dǎo)熱增強(qiáng)材料， 通過(guò)真空浸漬法制備了不同比例的石蠟/膨脹石墨/石墨烯復(fù)合相變材料， 研究了添加少量石墨烯氣凝膠粉對(duì)于復(fù)合相變材料儲(chǔ)熱性能、 導(dǎo)熱性能和循環(huán)穩(wěn)定性的影響. 優(yōu)化配比后制備的PA/EG/GA復(fù)合相變材料具有泄漏量低、 循環(huán)穩(wěn)定性強(qiáng)、 潛熱數(shù)值高和導(dǎo)熱效果極佳的特點(diǎn)， 為低溫相變材料在鋰電池?zé)峁芾淼阮I(lǐng)域的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用提供了參考.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1　試劑與儀器

天然鱗片石墨（純度99%）， 青島金濤石墨有限公司； 乙酸酐（純度98.5%）、 過(guò)氧化氫溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%）和抗壞血酸（純度99.7%）， 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司； 高錳酸鉀（純度99.5%）和磷酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)85%）， 北京化工廠； 高氯酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)70%）， 北京南尚樂(lè)化工廠； 氧化石墨烯水溶液（濃度5 mg/mL）， 南京吉倉(cāng)納米科技有限公司； 石蠟（PA， 全精煉， 熔點(diǎn)約為43 ℃）杭州魯爾新材料科技有限 公司.

Aeris型X射線衍射儀（XRD）， 英國(guó)馬爾文公司； Q2000型差式掃描量熱儀（DSC）， 美國(guó)TA公司； STA 449 F3 Jupiter型同步熱分析儀（TG-DSC）， 德國(guó)耐馳公司； NICOLET 6700型傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）， 美國(guó)賽默飛世爾公司； TC3200型導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x， 西安夏溪科技有限公司； Quanta-400F型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡， 美國(guó)FEI公司.

1.2　實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.2.1可膨脹石墨的制備采用化學(xué)氧化法制備可膨脹石墨（GICs）. 首先將1 g粒度為80目的天然鱗片石墨、 0.1 g KMnO4和3 mL混酸［（乙酸酐）∶（磷酸）∶（高氯酸）=1∶1∶1］加入到100 mL燒杯中， 于70 ℃攪拌60 min； 然后向燒杯內(nèi)滴加適量過(guò)氧化氫溶液， 以除去過(guò)量的氧化劑， 15 min后抽濾， 用去離子水洗滌3次， 于50 ℃烘干2 h， 即制得GICs.

1.2.2膨脹石墨的制備將所制備的GICs置于馬弗爐內(nèi)， 于800 ℃熱處理1 min， 冷卻至室溫， 即制得具有大量孔隙結(jié)構(gòu)的膨脹石墨（EG）.

1.2.3石墨烯氣凝膠粉的制備首先將10 mL氧化石墨烯水溶液和0.1 g抗壞血酸加入到25 mL水熱反應(yīng)釜內(nèi)， 于140 ℃下反應(yīng)11 h， 冷卻至室溫， 用去離子水洗滌3次， 制得石墨烯水凝膠； 然后將石墨烯水凝膠冷凍干燥48 h， 制得石墨烯氣凝膠（GA）. 將所制備的石墨烯氣凝膠研磨成粉體后過(guò)雙重篩（孔徑為425～1000 μm）， 即制得具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的石墨烯氣凝膠粉.

1.2.4石蠟/膨脹石墨/石墨烯復(fù)合相變材料的制備使用熔點(diǎn)約為43 ℃的石蠟作為相變材料. 采用真空浸漬法制備PA/EG/GA復(fù)合相變材料， 按照80%PA-20%（EG+GA）的比例計(jì)量稱取PA、 EG和GA， 置于500 mL燒杯中（具體配比見(jiàn)表1， EG中的和分別表示EG和GA在復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）， 充分?jǐn)嚢枋谷呋旌暇鶆颍?然后置于80 ℃的真空干燥箱中浸漬12 h， 取出冷卻. 取2 g所制備的復(fù)合材料， 用粉末壓片機(jī)在3 MPa下壓成直徑為30 mm的圓柱形樣品， 制得PA/EG/GA復(fù)合材料. 所得復(fù)合材料圓片如圖1所示.

Fig.1　Photograhs of the composite discs

(A) E19G1; (B) E18G2; (C) E17G3.

Table 1　PA/EG/GA composite phase change material composition

1.2.5表征與分析采用X射線衍射儀分析PA、 EG、 GA及復(fù)合相變材料的物理相容性. 掃描速度為10°/min， 掃描范圍為10°～80°.

采用差式掃描量熱儀分析PA和復(fù)合相變材料的相變溫度和相變潛熱. 樣品用量約為5～10 mg， 以10 /min的加熱和冷卻速度進(jìn)行融化和凍結(jié)循環(huán)， 溫度范圍為20～80 ℃. 采用第二次循環(huán)的結(jié)果以消除熱歷史對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響.

采用同步熱分析儀分析PA和復(fù)合相變材料在空氣氛圍下的熱穩(wěn)定性. 樣品用量約為2～5 mg， 以10 ℃/min的升溫速率對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試， 溫度范圍為25～800 ℃.

采用傅里葉變換紅外光譜儀分析PA、 EG、 GA和復(fù)合相變材料的化學(xué)相容性， 波長(zhǎng)變化范圍為500～4000 cm-1.

采用導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x測(cè)定PA和復(fù)合相變材料的導(dǎo)熱系數(shù). 采用瞬態(tài)平面源法（TPS）， 每個(gè)樣品在不同位置測(cè)量3次， 取平均值以減小誤差.

采用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡在10.00 kV的加速電壓下對(duì)EG、 GA和復(fù)合相變材料進(jìn)行形貌觀測(cè).

2 結(jié)果與討論

2.1　形貌與結(jié)構(gòu)分析

圖2為GICs、 EG、 GA、 E17G3樣品的SEM照片. 可以看出， 經(jīng)化學(xué)氧化法處理的GICs［圖2（A）］依然具備較為良好的鱗片形狀. 將GICs熱處理后制得的EG［圖2（B）］是一種在空間上具有3D網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)且疏松多孔的物質(zhì)， 其具備的大量微孔為液體PA的吸收提供了足夠的物理空間［16］. 經(jīng)水熱還原處理制得的GA［圖2（C）］是一種在空間上具備三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)且含有部分微孔的物質(zhì)， 即使經(jīng)3 MPa冷壓后其依然保持良好的三維網(wǎng)狀微觀結(jié)構(gòu)［圖2（D）和2（E）］， 這同樣為液體PA的吸收提供了一些物理空間. 由圖2（F）可知， PA通過(guò)真空浸漬法均勻填充到了EG和GA的孔隙當(dāng)中， 且當(dāng)PA處于液相時(shí)無(wú)泄漏產(chǎn)生， 這是因?yàn)镋G和GA具備的物理吸附能力和毛細(xì)管張力阻止了液體PA的外泄［17］.

Fig.2　SEM images of GICs(A), EG(B), GA(C―E) and E17G3(F) samples

(C) Pristine GA; (D, E) cold pressed GA under different magnifications.

圖3為PA、 EG、 GA和E17G3復(fù)合相變材料的XRD分析結(jié)果. 可見(jiàn)， PA在19.61°、 23.73°、 25.30°處出現(xiàn)了3個(gè)明顯的衍射峰； EG在26.22°處有1個(gè)強(qiáng)衍射峰， 為（002）晶面的特征峰（PDF#41-1487）； 與EG類似， GA在25.93°處也出現(xiàn)了（002）晶面的特征衍射峰， 但峰較弱， 這是由于氧化石墨烯未被完全還原造成的. 與上述3個(gè)樣品相比， E17G3復(fù)合相變材料的衍射峰為PA、 EG、 GA的疊加， 沒(méi)有新的衍射峰出現(xiàn)， 這表明PA/EG/GA復(fù)合相變材料中的PA依然能夠保持良好的潛熱性能和適宜的相變溫度.

圖4為PA、 EG、 GA和E17G3復(fù)合相變材料的紅外吸收光譜圖. 可見(jiàn)， PA在2954.01， 2915.69， 2848.58， 1471.60和717.11 cm-1處存在多個(gè)尖銳且強(qiáng)的—CH3和—CH2特征峰， 這是由于PA是直鏈烷烴混合物， C—H鍵極性極強(qiáng). EG在3435.89 cm-1處存在特征峰， 這是由于水吸附所引進(jìn)的O—H的伸縮振動(dòng)造成的［18］； 在2359.81 cm-1處存在1個(gè)特征峰， 這是由EG中C—C骨架的拉伸振動(dòng)造成的［17］； 在1638.82 cm-1處存在1個(gè)特征峰， 這與C=O的伸縮振動(dòng)有關(guān)［19］. GA在3436.75 cm-1處存在特征峰， 這也是由水被吸收所引進(jìn)的O—H的伸縮振動(dòng)造成的； 在2359.45 cm-1處存在1個(gè)特征峰， 這是由GA中C—C骨架的拉伸振動(dòng)造成的； 在1639.51 cm-1處存在1個(gè)特征峰， 這也與C=O的伸縮振動(dòng)有關(guān). 相較于前三者的紅外光譜圖， E17R3復(fù)合相變材料的紅外光譜圖中未出現(xiàn)其它的官能團(tuán)吸收峰和明顯的峰偏移， 這進(jìn)一步證實(shí)PA/EG/GA中的各組分是通過(guò)物理吸附的方式結(jié)合在一起的， 它們之間存在化學(xué)惰性［20］， 化學(xué)相容性極佳［21］.

Fig.3　XRD patterns of PA(a), EG(b), GA(c) and E17G3 samples(d)

Fig.4　Infrared spectra of PA(a), EG(b), GA(c) and E17G3(d) composite phase change materials

2.2　性能分析

為了探究復(fù)合相變材料的熱穩(wěn)定性［22］， 對(duì)PA、 E20G0和E17G3相變材料分別進(jìn)行了TG分析， 結(jié)果見(jiàn)圖5（A）. 從圖中可以看出， PA呈現(xiàn)出典型的一步分解趨勢(shì)［23］， 在150 ℃時(shí)開(kāi)始熱分解， 225 ℃時(shí)分解完成. E20G0和E17G3復(fù)合相變材料均呈現(xiàn)出兩步分解的特征， 在195 ℃左右PA開(kāi)始分解， 260 ℃時(shí)PA分解完成； 在650 ℃左右EG開(kāi)始分解， 750 ℃時(shí)EG分解完成. GA由于含量較低， 故其分解包含在了EG中. 由DTG曲線［圖5（B）］ 可以看出， EG或GA的加入使得PA的熱分解峰值溫度提高了約35 ℃， 增強(qiáng)了PA的熱穩(wěn)定性［24］， 使其具有了更加寬泛的使用空間. 這是因?yàn)镻A分子與多孔EG和GA內(nèi)壁之間存在物理作用， 從而延緩了PA的分解［16］. 另外， 可以觀察到， E20G0和E17G3復(fù)合相變材料在完成PA熱分解失重后， 質(zhì)量保持率均為20%， 與理論值偏差較少， 說(shuō)明采用真空浸漬法制備的上述材料具有良好的均勻性.

Fig.5　TG(A) and DTG(B) curves of PA, E20G0 and E17G3 samples

采用差示掃描量熱法（DSC）對(duì)具有出色循環(huán)穩(wěn)定性的E17G3復(fù)合相變材料熱循環(huán)前后的相變潛熱性能進(jìn)行了測(cè)試， 結(jié)果如圖6所示. E17G3復(fù)合相變材料在循環(huán)前的潛熱數(shù)值為203.5 J/g， 為純PA的80%左右， 與理論值相差不大， 說(shuō)明在此復(fù)合相變材料中對(duì)于相變潛熱起主要作用的是PA， EG和GA的加入對(duì)于材料相變潛熱的影響不大. 熱循環(huán)50次后， 樣品的DSC曲線變化較小， 相應(yīng)的潛熱數(shù)值為203.1 J/g， 相變潛熱保持率達(dá)到99.8%. 與循環(huán)前相比略有下降， 但幅度不大， 說(shuō)明該材料的循環(huán)穩(wěn)定性良好［25］， 在循環(huán)50次后依然能夠保持較大的潛熱數(shù)值.

Fig.6　DSC curves of E17G3 samples before(a) and after(b) cycling

對(duì)于相變材料， 導(dǎo)熱系數(shù)是一個(gè)重要的熱物性參數(shù)［26］， 導(dǎo)熱系數(shù)越大， 相變材料的吸/放熱速度越快， 在相同時(shí)間內(nèi)能夠傳導(dǎo)的熱量也就越多. 這就意味著不管相變材料本身具備多大的潛熱性能， 一旦其導(dǎo)熱系數(shù)過(guò)小， 那么其實(shí)用性就會(huì)變得極差. PA具有較大的潛熱性能， 但其導(dǎo)熱性極差， 導(dǎo)熱系數(shù)一般為0.2～0.4 W/（m·K）［27，28］， 這極大限制了PA作為相變材料的應(yīng)用. 文獻(xiàn)［29，30］報(bào)道， 通過(guò)添加膨脹石墨、 石墨烯、 碳納米管、 碳纖維、 金屬銅和金屬銀等導(dǎo)熱材料可以增強(qiáng)相變材料的導(dǎo)熱性能. 本文利用低成本的EG作為支撐材料和主導(dǎo)熱材料， 以GA作為導(dǎo)熱增強(qiáng)劑， 來(lái)改善PA的導(dǎo)熱性. 選擇具有出色循環(huán)穩(wěn)定性的E20G0、 E19G1、 E18G2和E17G34個(gè)復(fù)合相變材料， 利用粉末壓片機(jī)在3 MPa下將2 g復(fù)合相變材料壓成直徑為30 mm的圓柱形樣品后進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試， 測(cè)量溫度為25 ℃， 結(jié)果如圖7所示. 可以看出， E20R0復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)為4.089 W/（m·K）， 相較于純PA的約0.3 W/（m·K）有13.6倍的提升， 這與文獻(xiàn)［20，31］報(bào)道結(jié)果一致； 而添加GA制備的PA/EG/GA復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)有了進(jìn)一步提高， E19G1、 E18G2和E17G33個(gè)樣品的導(dǎo)熱系數(shù)分別提高至4.376、 4.992 和5.336 W/（m·K）， 說(shuō)明添加少量GA可以在不影響循環(huán)穩(wěn)定性的前提下進(jìn)一步增強(qiáng)復(fù)合相變材料的導(dǎo)熱性能. 其中E17G3樣品（石墨烯含量3%）的導(dǎo)熱系數(shù)最大， 是純PA的17.8倍.

通常會(huì)在保持材料成型的前提下盡可能地提高相變材料（石蠟）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)， 以提高復(fù)合相變材料的儲(chǔ)熱能力， 使其具有更高的儲(chǔ)熱密度. 本實(shí)驗(yàn)選定PA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%， 考察了EG中提高GA導(dǎo)熱增強(qiáng)材料含量對(duì)所備的制復(fù)合相變材料熱循環(huán)穩(wěn)定性的影響， 結(jié)果如圖8所示. 從圖中可以看出， 添加少量GA對(duì)復(fù)合相變材料的熱循環(huán)穩(wěn)定性影響很小， 熱循環(huán)50次后， E19G1、 E18G2和E17G3樣品的質(zhì)量保持率分別達(dá)到99.960%、 99.955%、 99.940%， 與純EG樣品 E20G0的質(zhì)量保持率99.985%相差較小. 上述結(jié)果表明， 相較于單純添加EG， 加入適量GA后所制備的PA/EG/GA復(fù)合材料不會(huì)出現(xiàn)泄露量急劇增加的情況， 即材料的循環(huán)穩(wěn)定性依然良好. 這可歸因于GA所具有的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在保持高導(dǎo)熱性的同時(shí)， 還可以吸附石蠟以抑制泄漏量增加［32］.

Fig.7　Thermal conductivity plots of samples E20G0, E19G1, E18G2 and E17G3

Fig.8　Thermal cycling stability of PA/EG/GA samples

3 結(jié) 論

利用水熱法制備的石墨烯氣凝膠（GA）具有良好的三維結(jié)構(gòu)， 將其作為導(dǎo)熱增強(qiáng)材料適量加入到石蠟（PA）/膨脹石墨（EG）復(fù)合材料中， 可以在確保儲(chǔ)熱能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性不變的情況下， 增強(qiáng)復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能. 所制備的80%PA+17%EG+3%GA復(fù)合相變材料循環(huán)前的相變潛熱為203.5 J/g， 循環(huán)50次后的相變潛熱為203.1 J/g， 具備良好的循環(huán)穩(wěn)定性， 且導(dǎo)熱系數(shù)是純石蠟的17.8倍， 具有良好的應(yīng)用前景.

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［8］ Liu F. F.， Bao R. Q.， Cheng X. F.， Li J.， Qin W.， Yang C. F.，， 2021，（6）， 2269—2282（劉霏霏， 鮑榮清， 程賢福， 李駿， 秦武， 楊超峰. 儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)， 2021，（6）， 2269—2282）

［9］ Jin Y.， Han T.， Han X.， Kang X.，， 2019，（S1）， 23—30（金遠(yuǎn)， 韓甜， 韓鑫， 康鑫. 儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)， 2019，（S1）， 23—30）

［10］ Lv S. Y.， Zeng W. Q.， Yang Y.， Li K. X.，， 2020，（6）， 493—501（呂少茵， 曾維權(quán)， 楊洋， 李愷翔. 新能源進(jìn)展， 2020，（6）， 493—501）

［11］ Zhang G. P.， Gao L.， Gui Z. X.， He B.， Geng X. W.，， 2020，（4）， 99-101， 105（張高平， 高琳， 桂仲喜， 何博， 耿學(xué)文. 佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2020，（4）， 99—101， 105）

［12］ Hu D. H.， Xu X. Y.， Lin K.， Li Q.，， 2021，（9）， 2414-2418（胡定華， 許肖永， 林肯， 李強(qiáng). 工程熱物理學(xué)報(bào)， 2021，（9）， 2414—2418）

［13］ Lin K.， Xu X. Y.， Li Q.， Hu D. H.，， 2021，（8）， 4425—4432（林肯， 許肖永， 李強(qiáng)， 胡定華. 化工學(xué)報(bào)， 2021，（8）， 4425—4432）

［14］ Huang J. H.， Cheng Q.， Cao M.， Liu Z. Q.， Hu J.，， 2022，（2）， 140—144， 149（黃菊花， 陳強(qiáng)， 曹銘， 劉自強(qiáng)， 胡金. 化工新型材料， 2022，（2）， 140—144， 149）

［15］ Xu T.， Li Y. T.， Chen J. Y.， Wu H. J.， Zhou X. Q.， Zhang Z. G.，.， 2018，， 13—22

［16］ Zuo X. C.， Zhao X. G.， Li J. W.， Hu Y. Q.， Yang H. M.， Chen D. L.，， 2020，， 85—95

［17］ Zhang B.， Tian Y. Y.， Jin X. Y.， Tommy Y L， Cui H. Z.，， 2018，， 2205—2223

［18］ Dowan K.， Jeyoung J.， Youngno K.， Miji L.， Jongchul S.， Sher B. K.，.， 2016，， 735—741

［19］ Ren S.， Rong P.， Yu Q.， Jiang L. Y.， Li Y. P.，， 2019，（4）， 23—27（任帥， 容萍， 于琦， 姜立運(yùn)， 李亞鵬. 炭素技術(shù)， 2019，（4）， 23—27）

［20］ He M. Z.， Yang L. W.， Lin W. Y.， Chen J. X.， Mao X.， Ma Z. J.，， 2019，， 100874

［21］ Zhang Y. F.， Li W.， Huang J. H.， Cao M.， Du G. P.，， 2020，， 894—907

［22］ Cheng F.， Lv Z. F.， Xu Y. F.， Huang Z. H.， Min X.， Fang M. H.， Liu Y. G.， Wu X. W.，.， 2020，， 107965

［23］ Zhao Y. Q.， Jin L.， Zou B. Y.， Geng Q.， Zhang T. T.， Cong L.， Jiang F.， Li C.， Huang Y.， Ding Y. L.，， 2020，， 115015

［24］ Guo X.， Zhang S. D.， Cao J. Z.，， 2018，， 83—93

［25］ Guo Q.， Wang T.，， 2015，， 66—70

［26］ Wang X. L.， Li B.， Qu Z. G.， Zhang J.F.， Jin Z.G.，.， 2020，， 119853

［27］ Francis A.， Neil H.， Philip E.， Mervyn S.，.， 2010，， 615—628

［28］ Lachheb M.， Karkri M.， Albouchi F.， Sassi B. N.， Magali F.， Patrik S.，， 2014，， 518—525

［29］ Li L.， Zhang D.， Deng J. P.， Gou Y. C.， Fang J. F.， Cui H.， Zhao Y. Q.， Cao M. H.，， 2021，， 721—734

［30］ Lui Z.， Felipe C. P.，.， 2021，， 110493

［31］ Lu B. H.， Zhang Y. X.， Sun D.， Jing X. L.，.， 2021，， 669—678

［32］ Bai J. G.， Yuan Z. J.， Liu Y.， Zhang Y. S.， Lv X. F.，2022， DOI：10.16085/j.issn.1000?6613.2021?2102（白金剛， 苑正己， 劉雨， 張義師， 呂喜鳳. 化工進(jìn)展， 2022， DOI：10.16085/j.issn.1000?6613.2021?2102）

Preparation and Performance of Paraffin/Expanded Graphite/Graphene Composite Phase Change Heat Storage Material

YANJiasen1， HANXianying1， DANGZhaohan1， LIJiangang1*， HEXiangming2*

（，，，102617，；，，100084，）

The paraffin/expanded graphite/graphene aerogel composite phase change material was prepared by using paraffin（PA） as the phase change heat storage material， expanded graphite（EG） as the main thermal conductive material and support material， and graphene aerogel（GA） as the thermal conductivity enhancement material and auxiliary support material. The effects of the amount of GA added on the phase transition temperature， latent heat of phase transition， thermal conductivity and cycling stability of the composite material were investigated. The results show that the phase change material with composition of 80%PA-17%EG-3%GA has good thermal conductivity and excellent cycling stability. Compared with 80%PA-20%EG composite material， it exhibits almost the same phase transition temperature， latent heat of phase transition and cycling stability， but increased thermal conductivity from 4.089 W/（m·K） to 5.336 W/（m·K）， showing good application prospects.

Phase change thermal storage material； Paraffin； Expanded graphite； Thermal conductivity enhancement； Graphene aerogel

TB34； O69

A

10.7503/cjcu20220054

2022-01-23

2022-03-09.

李建剛, 男, 博士, 教授, 主要從事能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化方面的研究. E?mail: lijiangang@bipt.edu.cn何向明, 男， 博士， 研究員， 主要從事新型能源與材料化學(xué)方面的研究. E-mail: hexm@tsinghua.edu.cn

國(guó)家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào): U21A20170)和科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(批準(zhǔn)號(hào): 2019YFA0705703)資助.

Supported by the National Natural Science Foundation of China(No. U21A20170) and the Key R&D Program of the Ministry of Science and Technology of China(No. 2019YFA0705703).

（Ed.： N， K， M）