Page 95 - 《精细化工》2022年第3期

第 3 期 郝玉鹏，等: 电驱动 PEG/EG 复合相变材料的制备与性能 ·517·

2.5 PEG/EG 定形效果分析 通过施加外电压产生焦耳热，并以潜热的形式储存
采用热记录法和称重法 [33] 测得复合材料的定形 于复合材料中。选取 95% PEG/EG 复合材料，探究
相变性能。将不同质量比的 PEG/EG 分别压片后， 其在不同电压（5、6、7 V）下的电热转换和热能存
置于温度为 75 ℃的烘箱中加热，用数码相机拍摄 储效率，结果如图 7 所示。
其在加热 10、20 min 后的外观变化，观测其形状稳
定性，定形效果照片如图 6 所示。当在烘箱中加热
10 min 后，PEG 和 99% PEG/EG 开始出现轻微熔化，
加热 20 min 后 PEG 和 99%、98%、97%、96% PEG/EG
均出现明显的熔化现象，而 90%和 95% PEG/EG 均
保持原状，无漏液行为。

图 7 95% PEG/EG 的电热转换曲线
Fig. 7 Electro-thermal conversion curves of 95% PEG/EG

由图 7 可见，各曲线均呈现出斜率最小的平台，

a—PEG；b—90% PEG/EG；c—95% PEG/EG；d—96% PEG/EG； 表明复合材料发生了相变。同时，随着外电压逐步增
e—97% PEG/EG；f—98% PEG/EG；g—99% PEG/EG 加，复合材料的相变储热时间缩短。通过公式（1） [31]

图 6 PEG 和 PEG/EG 样品的定形效果照片 计算发现，在外加电压为 5、6、7 V 条件下，η 分
Fig. 6 Form-stable photos of PEG and PEG/EG samples 别为 40.8%、50.7%、80.6%。95% PEG/EG 的 η 值

此外，将加热 10 和 20 min 的样品分别冷却至 随着外加电压的升高而增大。在较高的外加电压下，
室温，去除底部滤纸，探究样品质量在加热过程中 相变过程缩短，复合材料在环境中的对流热损失减
的变化，具体数据如表 2 所示。PEG 和 99%、98%、 少，因而提高了电热转换和热能存储效率。
97%、96% PEG/EG 在加热过程中质量均出现不同程 与目前所报道的电驱动相变储能材料的热性能
度的损失，损失量随 EG 质量分数的增加而减少， 进行对比，结果如表 3 所示。本研究制备的 95%
90%和 95% PEG/EG 在加热过程中质量未发生变化。 PEG/EG 复合相变材料表现出优异的电热转换与热
这说明，复合相变材料的定形效果随 EG 质量分数 能存储效率，这表明，EG 是一种高效、经济的电驱
的增加而增强。其原因在于支撑材料 EG 和 PEG 间 动复合相变材料导电载体，为在相变材料的基础上
的毛细管力、分子间作用力以及表面张力，赋予复 构建高电热转换和热能存储效率的多功能复合材料
合材料良好的形状稳定性能。结合相变焓值考虑，95% 提供了可行性。
PEG/EG 样品兼具高潜热与优异的形状稳定性。
表 3 不同复合相变材料的热性能数据
表 2 PEG 和 PEG/EG 样品的质量 Table 3 Thermal properties of different composite phase
Table 2 Mass of PEG and PEG/EG samples change materials
质量/g 样品 ΔH m/(J/g) ΔH c/(J/g) η/% 文献
样品
室温 加热 10 min 加热 20 min 90% PA/CA 121.3 115.2 71.0 [34]
PEG 2.50 2.43 2.31 55% OTC/GF 130.0 — 61.4 [35]
99% PEG/EG 2.50 2.45 2.39
78% PEG/CNTs/GO 110.7 — 63.5 [26]
98% PEG/EG 2.50 2.48 2.41
75% PEG/HNTs/GA 103.3 102.0 66.3 [27]
97% PEG/EG 2.50 2.49 2.45
96% PEG/EG 2.50 2.50 2.47 95% PEG/EG 152.2 145.2 80.6 本文
95% PEG/EG 2.50 2.50 2.50 注：ΔH m 为熔化过程的相变焓；ΔH c 为结晶过程的相变焓。
90% PEG/EG 2.50 2.50 2.50 “—”代表未列出；PA 为石蜡；CA 为炭气凝胶；OTC 为十八醇；
GF 为石墨泡沫。
2.6 PEG/EG 电热转换性能分析
相变材料在实际应用的关键在于其所具备的能 3 结论
量转换功能，EG 作为优异的无机导电材料，在 PEG
基体中形成导电网络，赋予相变材料电热转换性能， 通过真空浸渍法，将 PEG 与 EG 复合制备了电