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J MATER SCI:基于石墨烯气凝胶的相变复合材料,用于热能存储系统

发布时间:2020-1-15 15:11:53      阅读117

  当相位变化时,相变材料(PCM)会大量释放或吸收热量。PCM显示出良好的能量存储密度,受限制的工作温度,因此可用于各种系统,例如热泵,太阳能发电厂,电子设备,热能存储(TES)系统。尽管PCM在如此广泛的系统中得到了广泛使用,但PCM具有一些局限性,例如导热性差,在相变过程中容易泄漏。为了克服这些缺点,制造了相变复合材料(PCC)。PCC是填充材料与PCM的混合,形成具有预期或期望性能的复合材料。有许多因素,例如孔隙率,密封性能,泄漏保持能力,形状稳定性,制造PCC时应考虑/考虑的导热系数。
  考虑到这些因素,石墨烯具有很高的热导率(2000–4000 W / m K)和高比表面积(2630 m2g-1),充当合成有效和高效PCC的合适候选者。它以气凝胶形式用作导电填料或形状稳定剂,以提高PCM的热导率(5.89W/mK)和传热,如还原的氧化石墨烯。因此,石墨烯气凝胶在PCM中用作热能存储系统的潜热存储(LHS)。许多研究人员将工作重点放在PCM中的石墨烯气凝胶,此类PCC的重要作用,优缺点。本文旨在阐明这些内容,并提供对TES系统的进一步了解,在TES系统中,LHS被明确用于PCM及其实际方面。

 


图1、储能系统的额定功率分类

 


图2、PCM转换为PCC


  一种优选的方法是利用石墨烯气凝胶。石墨烯为气凝胶形式时,是世界上最薄的材料,也是最轻的材料,因此可用于PCM来开发PCC,由于填充了填料,其特定性能的变化可忽略不计。因此,本文包含对TES系统和PCM的介绍,此外,还对PCM中使用的石墨烯气凝胶有适当的了解,可帮助克服由于封装或其他方式延长循环寿命而导致的导热性差,相分离,密度变化和产品稳定性问题方法(形状稳定和纳米增强)。同时,还讨论了高级PCM在将来的应用中的使用以及一些更重要的PCM的合成。最后,本文总结了石墨烯气凝胶的现状,
  这篇综述提供了有关用于相变复合材料的石墨烯气凝胶最新发展的有条不紊的结论。不断升级的全球能源存储系统赋予了诸如TES之类的多种存储能源的存在。但是,TES的发展取决于储能密度和转换效率。现代TES系统由于其近乎无限的存储效率而显示出快速增长。尽管SHS在CSP中越来越多地使用,但LHS已显示出对高能量存储密度的巨大希望,尽管其在CSP中得到了越来越多的利用,但其存储密度却很少。PCM是LHS系统,由于其在近恒定温度下以优异的能量存储密度存储间歇能量的出色能力而受到广泛关注。然而,导热性差并因此导致体积增加仍然是常见的障碍。已经提出了不同的方法来胜任而不会引起功能特性的显着破坏,该方法包括导热填料,封装等。
  结果令人困惑,例如GA / OA显示出原始PCM OA的14倍显着增加,但由于相变焓和过冷度降低而以降低存储密度为代价,尽管得到了控制。通过一种OA活化的PCC,通过纳米增强的Ag PCC表现出5.89(W / m K)的热导率。GA和GF包埋的石蜡也显示出相当大的热导率增长,但是其他化合物(例如PEG包埋的GA)显示出更好的材料封闭效果。CGA–PCC具有惊人的高导热率,形状稳定性较差,但在低温TES中的使用却逐步增加。杂交材料已经是电导率和相变焓的优选组合之一。  与前者相对于后者相对较弱的形状稳定性相比,HGF / PW和HGA / PEG已显示出实质性的结果。插在PW中的HGF / GA混合物表现出令人惊讶的可观的功能特性,尽管它仍不能超过纳米增强PCC的电导率。随之而来的途径应该是PCC的特性组合,例如具有良好形状稳定性的HGF / GA和相变焓,其中PCC还可以通过导电填料进行纳米增强。PCC展示了各种有前途的应用,从用于建筑物温度控制的应用到用于微电子器件中的热缓冲器的制造。但是,通过LA / LA-GA和MF / rGO / GNP复合材料表现出的明显的光热转换,太阳能仍可用于未来的储能领域,前者的转化率为81%,后者为88%。根据性能要求,GA-PCC的消耗量可能很大
  文献:
  Graphene aerogel-based phase changing composites for thermal energy storage systems
  文章来源:材料分析与应用

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