Chem. Eur. J. :“均相-非均相”策略助力高效相变储能

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中国矿业大学刘昌会副教授课题组近日报道了一种通过调控起始物分子结构实现相变材料均匀包覆的“均相-非均相”策略。该策略强调通过对复合材料前驱体的微纳尺度调控,使其与相变材料形成完全均质化溶液(图1)。通过外加催化剂,使前驱体在相变材料溶液中原位形成,从根本上解决相变材料与多孔介质之间因为化学兼容性差、表面张力带来的吸附不均匀、界面热阻大等问题。

图1“均相-非均相”策略示意图

相变材料 (Phase-change materials, PCMs) 因其具有较高的储能密度和较小的相变体积变化而被认为是一种极具应用前景的储能材料。可是,液体泄漏问题严重阻碍固-液相变材料在实际状况下的应用。因此,基于该课题组前期研究基础 (J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 8194; Chemical Engineering Science 2020, 216, 115477; Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 13978.),作者在这一工作中首次提出一种“均相-非均相”策略用于制备能够实现固-液相变材料高效封装,同时性能强化的新型六方介孔二氧化硅复合储能材料 (HMS-PCMs)。该策略借助溶胶-凝胶{attr}3187{/attr}中“均相-非均相”反应状态的转变,实现多孔骨架生成的同时均匀包覆石蜡,以达到定形封装的效果,并且具有操作简便、成本低廉和条件温和等优点(图2)。

图2 HMS-PCMs的热物理特性和相关应用性能

基于“均相-非均相”策略制备出的HMS-PCMs,其石蜡包覆率达到了70.6%,且其储热密度在500次储热-放热循环后几乎不产生亏损,同时还拥有良好的储/放热及光/热转化性能。此外,该策略适合于功能相变材料的制备,通过将功能高分子与六方介孔二氧化硅前驱体及相变材料混合形成均相溶液,随后在外加催化剂作用下实现柔性复合相变材料的合成。其形状可根据需求进行任意塑造,并且也增强了材料的自愈合特性。该复合材料在发生相变行为时可触发形状记忆功能,能够发生较大程度的弯曲变形。由于同时具有储热和柔性功能,该复合材料被应用于制造人体可穿戴器件来提供热舒适性,测试结果表明该器件在人体温度以上可持续放热超过800秒,这项应用拓宽了储能材料的应用领域(图3)。

图3 柔性储能材料性能展示

文信息

Homogeneous-to-Heterogeneous-Strategy Enables Multifunctional Phase-Change Materials for Energy Storage

Dr. Changhui Liu, Tianjian Zhang, Tingsong Li, Yafei Wang


Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202200502


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