【摘 要】
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太阳能作为一种可再生能源,因其在解决日益增长的能源需求和温室气体排放方面的巨大潜力受到越来越多的关注。然而,太阳自身的间歇性和随机性大大限制了太阳能的转换和储存效率。近年来,基于相变材料的潜热储存系统,由于具有高储热密度和出色的化学稳定性,有望成为提高太阳能吸收和转换的合适方法。但相变材料在实际应用中常受到自身相分离、换热速率低、过冷、熔融状态泄漏、性能不稳定等劣势的限制。基于此,本课题设计了具有
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太阳能作为一种可再生能源,因其在解决日益增长的能源需求和温室气体排放方面的巨大潜力受到越来越多的关注。然而,太阳自身的间歇性和随机性大大限制了太阳能的转换和储存效率。近年来,基于相变材料的潜热储存系统,由于具有高储热密度和出色的化学稳定性,有望成为提高太阳能吸收和转换的合适方法。但相变材料在实际应用中常受到自身相分离、换热速率低、过冷、熔融状态泄漏、性能不稳定等劣势的限制。基于此,本课题设计了具有高太阳能吸收性能的多孔定型载体材料来封装相变材料,制备了高导热系数、高光热转换性能和优异热能存储性能的多孔定型相变储能材料,对复合材料的微观形貌和化学组成展开测试,并探究其导热、热稳定、光热转换和热能存储等性能。本论文主要包含三个部分:第一部分:利用自组装技术与Marangoni效应设计制备了垂直排列的还原氧化石墨烯/MXene气凝胶。以该气凝胶为载体封装硬脂酸制备了垂直排列的还原氧化石墨烯/MXene/硬脂酸多孔定型复合相变储能材料。该复合相变储能材料具有良好的形状稳定性和热物性,热导率可达1.21 W/（m·K）,相变焓为168.25 J/g,与纯硬脂酸的焓值十分接近。MXene片材的添加改善了复合材料的太阳能吸收性能,光热转换效率为90.19%。同时,得益于载体材料的定向网络结构,复合相变储能材料的储能时间显著缩短了610 s。第二部分:以多孔膨胀石墨为载体材料,正二十烷为稳定剂,三水合乙酸钠为无机相变储能材料,通过熔融共混方法设计制备了膨胀石墨/正二十烷/三水合乙酸钠多孔定型复合相变储能材料。膨胀石墨为复合材料提供了稳定的形状,添加了3.3 wt%膨胀石墨的复合相变储能材料在90°C下几乎无泄漏发生。同时,膨胀石墨也为复合相变储能材料提供良好的导热通道和光吸收性能,添加了3.3 wt%膨胀石墨的复合材料的相变焓为266.54 J/g,光热转换效率可达91.14%。此外,在正二十烷与膨胀石墨的共同作用下,复合材料的过冷度得到改善,最低可达到0.81°C。第三部分:MXene经二氧化硅表面改性后,与细菌纤维素和碳化锆混合制备形状稳定、高热导率、高光吸收性能的多孔载体材料。在毛细力作用下,十六醇被牢固限制在载体材料的孔道内形成细菌纤维素/MXene/碳化锆/十六醇多孔定型复合相变储能材料。复合材料的热导率为0.92 W/（m·K）,相变焓为222.47 J/g。同时,表面改性的MXene与碳化锆不仅改善了复合材料的阻燃性能也提高了复合材料的光学性能,光热转换效率可达90.57%。
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