Page 92 - 《精细化工》2022年第3期

·514· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

利用材料的相态转变进行吸热和放热，具有温度变 热塑性聚氨酯（TPU）作为保护层封装 PW/CC 复合
化小、储能密度大的优点，因而在热能存储中应用 材料，制备了电驱动柔性 CC/PW/TPU 复合相变材
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最为广泛。其中，有机固-液相变材料，如石蜡 、 料，该复合材料表现出良好的电热转换和应变传感
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脂肪酸/醇 、聚乙二醇 和酯类化合物 等，具有相 性能。但是 CC 和 CNTs 生产成本较高，难以实现广
变焓值高、相变温度适宜、自成核、无相分离以及 泛应用。膨胀石墨（EG） [29] 是一种多孔而弯曲的蠕
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过冷度低等优点，在热能存储领域得到广泛关注 。 虫状物质，具有结构松散、比表面积大、吸附能力
然而，有机固-液相变材料在实际应用中往往受到相 强、价格低廉等优点，同时 EG 还具有优异的导热
变漏液、导热性差以及缺乏能量转换功能等问题的 和导电性能。
限制 [9-11] 。 基于此，本研究以 PEG 为相变主体，EG 为支
针对以上问题，研究者们通过物理或化学方法 撑材料，采用真空浸渍法 [30] 制备了形状稳定的
将有机固-液相变材料与无机支撑材料 [12] 相结合，在 PEG/EG 电热转换相变储能材料，并研究了复合材
提高材料导热性、加强材料形状稳定性的同时，赋 料的相变行为，对其导热和电热转换性能进行分析。
予其光热 [13-14] 、磁热 [15] 和电热转换 [16-17] 功效，从而 以期得到一种具有优异热性能和电热转换性能的相
提高能源利用效率。MALKEI 等 [18] 将碳纳米管 变材料，将其应用于电子器件。
（CNTs）与苯乙烯掺杂，原位聚合得到聚苯乙烯/
碳纳米管（PS/CNTs）泡沫，并以其为支撑骨架负 1 实验部分
载石蜡，制备了具有光热转换特性的复合相变材料。
1.1 试剂与仪器
但是，在光热转换过程中，太阳能具有不连续与不
PEG（相对分子质量 8000），天津市光复精细化
稳定性的缺点以及复合材料存在光耐劳度低的问
题，限制了其发展和应用。FAN 等 [15] 以聚乙二醇 工有限公司；EG（100 目，膨胀体积 400~600 mL/g，
质量分数 99.8%），青岛岩海碳材料有限公司。
（PEG）为相变材料，SiO 2 为支撑材料，通过溶胶-
DF-101S 集热式恒温加热磁力搅拌器、JJ-1 精
凝胶法，原位掺杂纳米 Fe 3 O 4 ，制备了 Fe 3 O 4 /PEG-
密增力电动搅拌器，巩义市予华仪器有限公司；
SiO 2 复合相变材料，虽然该材料具有优异的磁热转
DHG-9053A 电热鼓风干燥箱、DZF-6030A 真空干燥
换与热能存储性能，但磁热转换过程繁杂，所需设
箱，上海一恒科学仪器有限公司；WK-06 智能温度
备体积庞大，实现磁热能量转换技术的应用仍面临
巨大挑战。与之相比，电热转换与热能存储技术具 控制器，科迪博有限公司；FTIR-6700 傅里叶变换
红外光谱仪，日本 JASCO 公司；DSC 204 差示扫描
有连续性、稳定性好的特点，电热相变储热装置体
积小、寿命周期长，具备电热转换能力的相变材料 量热仪，美国 TA 仪器公司；SK-130 RD 数控测温
可以高效地将电能转换为热能 [17] 。因此，电驱动相 仪，江苏苏科仪表有限公司；D 7000 数码相机，日
变材料 [19] 在动力汽车 [20] 、电子器件 [21] 和非峰电存储 本尼康株式会社；D/Max 2400 X 射线衍射仪，荷兰
系统 [22-23] 的热管理方面展现出巨大的应用潜力。 PANalytical 公司；2450 数字源表，美国吉时利仪器
相变材料的导电性和导热性是影响其电热转换 公司；SB 手扳式制样机，湘潭湘仪仪器有限公司。
能力的两个重要因素 [24] 。多孔碳材料因其比表面积 1.2 复合相变材料的制备
大、孔径分布宽，具有良好的吸附、导热和导电性 采用真空浸渍法，以 PEG 为相变主体，EG（质
能，所以，以碳基支撑材料为载体的电驱动相变复 量分数 1%~10%）为支撑骨架制备高性能的 PEG/EG
合材料的合成及其性能得到广泛研究 [25] 。GUO 等 [26] 复合相变材料。
制备了由 PEG、CNTs、氧化石墨烯（GO）组成的 将 PEG 和 EG 放入真空干燥箱中在 80 ℃下干
电驱动复合相变材料，CNTs 提供导电路径，GO 对 燥 12 h。然后称取 1.0 g EG 置于三口烧瓶中，向恒
PEG 进行封装，使得复合材料在 5.8 V 电压下便可 压漏斗（温度设置为 80 ℃）中加入 9.0 g PEG；启
实现电热转换，其电热转换效率最高达 70%。ZHOU 动真空泵，待真空表读数稳定在–0.1 MPa 时，打开
等 [27] 将埃洛石纳米管（HNTs）杂化的氧化石墨烯气 恒压漏斗和搅拌器，搅拌 1 h，使 PEG 和 EG 均匀
凝胶（GA）作为相变材料支撑骨架，并与聚氨酯 混合。反应完成后，冷却至室温，得到 PEG 质量分
（PU）复合，负载 PEG，制备了 PEG/HTNs-GA/PU 数为 90%（以材料总质量计，下同）PEG/EG 的复
复合相变材料，HTNs 通过非均相成核效应提高了 合相变材料，记为 90% PEG/EG。按照此方法，分
GA 导热和导电性能。UMAIR 等 [28] 以炭化棉布（CC） 别制备了 PEG 质量分数为 95%、96%、97%、98%、
为导电支撑材料，石蜡（PW）作为相变储能材料， 99%的复合相变材料。