近日，沐鸣師生在國際期刊《Energy》（IF=7.147）在線發表了題為“Energy harvesting and storage blocks based 3D oriented expanded graphite and stearic acid with high thermal conductivity for solar thermal application”的研究論文👸🏿💂♂️。該論文是以沐鸣為第一單位，沐鸣平台邴乃慈副教授和於偉教授通力合作的結果。這是沐鸣深植材料研究領域的又一重要成果🍂。
圖文摘要
有機固液相變材料（PCM）的光熱轉換和存儲在克服不連續太陽輻射方面顯示出巨大的潛力。然而考慮到製造出色的光熱轉換、傳熱和能量存儲的集成設備仍然是一個挑戰。文中🕵🏻♀️🪂，作者通過壓縮誘導石墨片自組裝構建3D取向膨脹石墨(EG)🥳🥼，然後加載硬脂酸(SA)以形成取向PCM👩🏿。在相同的石墨質量分數和填充密度下，3D PCM的面內熱導率✌🏼👩🏽🚀、熱響應和儲能密度優於非取向PCM👐🏽。當石墨含量為20wt%時♝，定向相變材料的熱導率比非定向相變材料高34.2%，潛熱保持在159.36 J/g以上。我們進一步製備了儲能磚🐨，並協調定向EG垂直於銅管軸向的熱傳導✯。儲能磚的光熱能轉換效率達到95.3%🏋🏽♀️，充放電過程平均功率分別為2.1 kW和2.4 kW💔。該太陽能儲能裝置的設計方法提高了PCMs的光熱轉換、儲能效率，為大規模光熱應用提供了一種簡單且經濟的策略。
圖1.構建定向3D石墨骨架與EG/SA定向復合塊的合成示意圖。
圖2.儲能系統示意圖。
圖3. (a)原始EG💢、(b) 3D定向EG🏊🏽🕵🏽、(c) PCM1 (S2)和(d) PCM2 (S8)的SEM圖像。（SA標記為藍色）。
圖4. SA🎅🏿、EG🚄、PCM1 (S2)和PCM2 (S8)的(a) XRD光譜和(b) FT-IR光譜。
圖5.純SA🫳🏿👨👧👦、PCM1和PCM2的相變行為。(a)純SA和S8在加熱和冷凍過程中的DSC曲線。(b)純SA和加熱和冷凍過程中的DSC曲線。(c)純SA、S2、S8和S10的熔化和凝固潛熱。(d) S2在不同循環時間的潛熱👐🏻。
圖6. PCM1和PCM2在室溫下的熱傳導特性🚶🏻➡️。(a) PCM2的TC隨EG含量的變化而變化(所有復合材料的堆積密度都控製在0.95 g·m-3的最佳密度)。(b)不同堆積密度的PCM1和PCM2的TC。(c) PCM1和PCM2的TC機製👰🏻♀️。(d)不同復合材料的TC和增強因子比較。
圖7.不同樣品的加熱和冷卻過程及表面溫度的紅外熱圖像。
圖8.光熱轉換性能測試得到的不同樣品的時間-溫度曲線。(a)樣品光熱轉換性能實驗裝置示意圖。(b)從兩個光熱表面到復合塊的傳熱示意圖👩🍳。(c)兩個光熱表面和純SA表面的全光譜吸收⏺。陰影顯示太陽輻射🧭。(d)在100 mW·cm-2光強下，炭黑@3D表面和純SA復合塊內部的溫度分布👩🦱。(e)在極端日照強度下🔉，PCM1和PCM2的內部溫度分布🤷♂️。Journal Pre-proof 21插圖顯示了其潛熱存儲時間。(f)不同厚度（1 cm、2 cm、4 cm、7 cm）儲能磚的熱性能。插圖顯示了它的能量存儲時間𓀙。
圖9. (a)儲能磚傳熱過程示意圖和(b)紅外照片。
圖10. (a)和(b) PCM1在不同進水溫度下的加熱和冷卻過程。(c)和(d)在加熱過程中特定進水溫度下ESB1和ESB2的溫度演變。