石蜡/膨胀石墨/石墨烯复合相变储热材料的制备及性能

doi:10.7503/cjcu20220054

高等学校化学学报 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (6): 20220054.doi: 10.7503/cjcu20220054

石蜡/膨胀石墨/石墨烯复合相变储热材料的制备及性能

闫嘉森¹, 韩现英¹, 党兆涵¹, 李建刚¹(), 何向明²()

^1.北京石油化工学院新材料与化工学院, 燃料清洁化及高效催化减排技术北京市重点实验室, 北京 102617
^2.清华大学核能与新能源技术研究所, 北京 100084

收稿日期:2022-01-23 出版日期:2022-06-10 发布日期:2022-03-09
通讯作者: 李建刚,何向明 E-mail:lijiangang@bipt.edu.cn;hexm@tsinghua.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(U21A20170);科技部重点研发计划项目(2019YFA0705703)

Preparation and Performance of Paraffin/Expanded Graphite/Graphene Composite Phase Change Heat Storage Material

YAN Jiasen¹, HAN Xianying¹, DANG Zhaohan¹, LI Jiangang¹(), HE Xiangming²()

^1.College of New Materials and Chemical Engineering，Beijing Institute of Petrochemical Technology，Beijing Key Laboratory of Fuel Cleaning and Efficient Catalytic Emission Reduction Technology，Beijing 102617，China
^2.Institute of Nuclear Energy and New Energy Technology，Tsinghua University，Beijing 100084，China

Received:2022-01-23 Online:2022-06-10 Published:2022-03-09
Contact: LI Jiangang,HE Xiangming E-mail:lijiangang@bipt.edu.cn;hexm@tsinghua.edu.cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(U21A20170);the Key R&D Program of the Ministry of Science and Technology of China(2019YFA0705703)

摘要/Abstract

摘要：

以石蜡(PA)作为相变储热材料、膨胀石墨(EG)作为主导热材料和支撑材料, 石墨烯气凝胶(GA)作为导热增强材料和辅支撑材料制备了PA/EG/GA复合相变材料, 研究了GA添加量对复合相变材料相变温度、相变潜热、导热性能以及循环稳定性的影响. 结果表明, 所制备的80%PA-17%EG-3%GA复合相变材料导热性能良好, 循环稳定性出色. 与80%PA-20%EG复合材料相比, 该材料的相变温度、相变潜热以及循环稳定性无明显变化, 但导热系数由4.089 W/(m·K)提升到了5.336 W/(m·K), 显示出良好的应用前景.

关键词: 相变储热材料, 石蜡, 膨胀石墨, 导热增强, 石墨烯气凝胶

Abstract:

The paraffin/expanded graphite/graphene aerogel composite phase change material was prepared by using paraffin（PA） as the phase change heat storage material， expanded graphite（EG） as the main thermal conductive material and support material， and graphene aerogel（GA） as the thermal conductivity enhancement material and auxiliary support material. The effects of the amount of GA added on the phase transition temperature， latent heat of phase transition， thermal conductivity and cycling stability of the composite material were investigated. The results show that the phase change material with composition of 80%PA-17%EG-3%GA has good thermal conductivity and excellent cycling stability. Compared with 80%PA-20%EG composite material， it exhibits almost the same phase transition temperature， latent heat of phase transition and cycling stability， but increased thermal conductivity from 4.089 W/（m·K） to 5.336 W/（m·K）， showing good application prospects.

Key words: Phase change thermal storage material, Paraffin, Expanded graphite, Thermal conductivity enhancement, Graphene aerogel

中图分类号:

TrendMD:

闫嘉森, 韩现英, 党兆涵, 李建刚, 何向明. 石蜡/膨胀石墨/石墨烯复合相变储热材料的制备及性能. 高等学校化学学报, 2022, 43(6): 20220054.

YAN Jiasen, HAN Xianying, DANG Zhaohan, LI Jiangang, HE Xiangming. Preparation and Performance of Paraffin/Expanded Graphite/Graphene Composite Phase Change Heat Storage Material. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(6): 20220054.

图/表 9

Table 1 PA/EG/GA composite phase change material composition

Sample	m（PA）/g	m（EG）/g	m（GA）/g
E₂₀G₀	4.00	1.00	0.00
E₁₉G₁	4.00	0.95	0.05
E₁₈G₂	4.00	0.90	0.10
E₁₇G₃	4.00	0.85	0.15

Fig.1 Photograhs of the composite discs(A) E19G1; (B) E18G2; (C) E17G3.

Fig.2 SEM images of GICs(A), EG(B), GA(C―E) and E17G3(F) samples(C) Pristine GA; (D, E) cold pressed GA under different magnifications.

Fig.3 XRD patterns of PA(a), EG(b), GA(c) and E17G3 samples(d)

Fig.4 Infrared spectra of PA(a), EG(b), GA(c) and E17G3(d) composite phase change materials

Fig.5 TG(A) and DTG(B) curves of PA, E20G0 and E17G3 samples

Fig.6 DSC curves of E17G3 samples before(a) and after(b) cycling

Fig.7 Thermal conductivity plots of samples E20G0, E19G1, E18G2 and E17G3

Fig.8 Thermal cycling stability of PA/EG/GA samples

参考文献 32

1	Jin L.， Xie P.， Zhao Y. Q.， Zou B. Y.， Ding Y. L.， Lan Y. L.， Qiao G.， Mater. Rep.， 2021， 35（21）， 21113—21126
	金露，谢鹏，赵彦琦，邹博杨，丁玉龙，蓝元良，谯耕. 材料导报， 2021， 35（21）， 21113—21126
2	Li Z. Q.， Yang J. G.， Power Technol.， 2020， 44（9）， 1287—1292
	李泽群，杨建国. 电源技术， 2020， 44（9）， 1287—1292
3	He Y. H.， Yue X. K.， Fan R.， Zhi M. Y.， Battery， https：//kns.cnki.net/kcms/detail/43.1129.TM.20210820.0921.002.html
	贺元骅，余兴科，樊榕，智茂永. 电池， https：//kns.cnki.net/kcms/detail/43.1129.TM.20210820.0921.002.html
4	Zhou X.， South. Agr. Mach.， 2020， 51（22）， 140—141
	周璇. 南方农机， 2020， 51（22）， 140—141
5	Wang J. Q.， Sci. Technol. Inform.， 2014， 12（19）， 105
	王继强. 科技资讯， 2014， 12（19）， 105
6	Dai W.， Zhang B.， Chen L.， Metropol. Rail Transit， 2021， 34（4）， 34—38
	代伟，张斌，陈林. 都市快轨交通， 2021， 34（4）， 34—38
7	Xiong Z. H.， Liu H. T.， Commun. Power Technol.， 2014， 31（6）， 92—95
	熊振华，刘慧婷. 通信电源技术， 2014， 31（6）， 92—95
8	Liu F. F.， Bao R. Q.， Cheng X. F.， Li J.， Qin W.， Yang C. F.， Energy Storage Sci. Technol.， 2021， 10（6）， 2269—2282
	刘霏霏，鲍荣清，程贤福，李骏，秦武，杨超峰. 储能科学与技术， 2021， 10（6）， 2269—2282
9	Jin Y.， Han T.， Han X.， Kang X.， Energy Storage Sci. Technol.， 2019， 8（S1）， 23—30
	金远，韩甜，韩鑫，康鑫. 储能科学与技术， 2019， 8（S1）， 23—30
10	Lv S. Y.， Zeng W. Q.， Yang Y.， Li K. X.， New Energy Prog.， 2020， 8（6）， 493—501
	吕少茵，曾维权，杨洋，李恺翔. 新能源进展， 2020， 8（6）， 493—501
11	Zhang G. P.， Gao L.， Gui Z. X.， He B.， Geng X. W.， J. Jiamusi Univ. （Nat. Sci. Edition）， 2020， 38（4）， 99—101， 105
	张高平，高琳，桂仲喜，何博，耿学文. 佳木斯大学学报（自然科学版）， 2020， 38（4）， 99—101， 105
12	Hu D. H.， Xu X. Y.， Lin K.， Li Q.， J. Eng. Therm.， 2021， 42（9）， 2414—2418
	胡定华，许肖永，林肯，李强. 工程热物理学报， 2021， 42（9）， 2414—2418
13	Lin K.， Xu X. Y.， Li Q.， Hu D. H.， J. Chem. Ind.， 2021， 72（8）， 4425—4432
	林肯，许肖永，李强，胡定华. 化工学报， 2021， 72（8）， 4425—4432
14	Huang J. H.， Cheng Q.， Cao M.， Liu Z. Q.， Hu J.， New Chem. Mater.， 2022， 50（2）， 140—144， 149
	黄菊花，陈强，曹铭，刘自强，胡金. 化工新型材料， 2022， 50（2）， 140—144， 149
15	Xu T.， Li Y. T.， Chen J. Y.， Wu H. J.， Zhou X. Q.， Zhang Z. G.， Appl. Therm. Eng.， 2018， 40， 13—22
16	Zuo X. C.， Zhao X. G.， Li J. W.， Hu Y. Q.， Yang H. M.， Chen D. L.， Sol. Energy， 2020， 209， 85—95
17	Zhang B.， Tian Y. Y.， Jin X. Y.， Tommy Y L， Cui H. Z.， Materials， 2018， 11， 2205—2223
18	Dowan K.， Jeyoung J.， Youngno K.， Miji L.， Jongchul S.， Sher B. K.， Int. J. Heat Mass Tran.， 2016， 96， 735—741
19	Ren S.， Rong P.， Yu Q.， Jiang L. Y.， Li Y. P.， Carbon Technol.， 2019， 38（4）， 23—27
	任帅，容萍，于琦，姜立运，李亚鹏. 炭素技术， 2019， 38（4）， 23—27
20	He M. Z.， Yang L. W.， Lin W. Y.， Chen J. X.， Mao X.， Ma Z. J.， J. Energy Storage， 2019， 25， 100874
21	Zhang Y. F.， Li W.， Huang J. H.， Cao M.， Du G. P.， Materials， 2020， 13， 894—907
22	Cheng F.， Lv Z. F.， Xu Y. F.， Huang Z. H.， Min X.， Fang M. H.， Liu Y. G.， Wu X. W.， Compos. Sci. Technol.， 2020， 188， 107965
23	Zhao Y. Q.， Jin L.， Zou B. Y.， Geng Q.， Zhang T. T.， Cong L.， Jiang F.， Li C.， Huang Y.， Ding Y. L.， Appl. Therm. Eng.， 2020， 171， 115015
24	Guo X.， Zhang S. D.， Cao J. Z.， Composites： Part A， 2018， 107， 83—93
25	Guo Q.， Wang T.， Thermochim. Acta， 2015， 613， 66—70
26	Wang X. L.， Li B.， Qu Z. G.， Zhang J.F.， Jin Z.G.， Int. J. Heat Mass Tran.， 2020， 155， 119853
27	Francis A.， Neil H.， Philip E.， Mervyn S.， Renew. Sust. Energ. Rev.， 2010， 14， 615—628
28	Lachheb M.， Karkri M.， Albouchi F.， Sassi B. N.， Magali F.， Patrik S.， Composites Part B： Engineering， 2014， 66， 518—525
29	Li L.， Zhang D.， Deng J. P.， Gou Y. C.， Fang J. F.， Cui H.， Zhao Y. Q.， Cao M. H.， Carbon， 2021， 183， 721—734
30	Lui Z.， Felipe C. P.， Comp. Mater. Sci.， 2021， 196， 110493
31	Lu B. H.， Zhang Y. X.， Sun D.， Jing X. L.， Renew. Energ.， 2021， 178， 669—678
32	Bai J. G.， Yuan Z. J.， Liu Y.， Zhang Y. S.， Lv X. F.，Chem. Ind. Eng. Pro.， 2022， DOI：10.16085/j.issn.1000⁃6613.2021⁃2102
	白金刚，苑正己，刘雨，张义师，吕喜凤. 化工进展， 2022， DOI：10.16085/j.issn.1000⁃6613.2021⁃2102

[1]	赵君禹, 王春博, 王成杨, 张克, 丛冰, 杨岚, 赵晓刚, 陈春海. 导热膨胀石墨/聚醚酰亚胺复合材料的制备与性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(4): 20210800.
[2]	王鹏, 阳敏, 汤森培, 陈飞台, 李佑稷. 蜂窝状C₃N₄/CoSe₂/GA复合光催化剂的制备及CO₂还原性能[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(6): 1924.
[3]	李博文,汪若蘅,黎丽,肖杨. 碱活化多孔碳用于分离甲苯及活化/吸附机理[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(2): 284.
[4]	李晨光, 花儿, 刘天霞. 异辛基乙二胺-CF₃SO₃型质子化离子液体作为液体石蜡添加剂的摩擦学性能[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(7): 1411.
[5]	肖作旭, 曹红岩, 姜绪宝, 孔祥正. 以单分散P(DC-TMPTA)聚合物微球为Pickering乳液稳定剂制备石蜡乳液和石蜡微球[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(8): 1797.
[6]	焦春磊, 徐从斌, 李姝谚, 杨文杰, 孙宏亮, 刘伟江, 焦振寰, 林爱军. 羟基氧化铁/膨胀石墨复合材料的制备及除砷机制[J]. 高等学校化学学报, 2017, 38(8): 1316.
[7]	徐从斌, 张丽, 杨文杰, 孙宏亮, 刘伟江, 焦振寰, 焦春磊, 林爱军. 负载零价铁膨胀石墨的合成及对水中NO₃^-去除的效果与机制[J]. 高等学校化学学报, 2017, 38(8): 1415.
[8]	张龙, 后洁琼, 秋虎, 段文静, 王晓瑞, 万晓娜, 杜雪岩. 膨胀石墨/聚苯胺/Fe₃O₄复合材料的制备及吸波性能[J]. 高等学校化学学报, 2017, 38(12): 2352.
[9]	王会丽, 赵越, 马乐宽, 范鹏浩, 徐从斌, 焦春磊, 林爱军. 复合改性膨胀石墨的制备及对酸性艳蓝染料的吸附[J]. 高等学校化学学报, 2016, 37(2): 335.
[10]	李娃, 李凤云, 史志胜, 黄珏, 蔡强, 张伟. 毫米级轻质高强度多孔二氧化硅球的制备与表征[J]. 高等学校化学学报, 2015, 36(9): 1655.
[11]	魏英祥, 涂伟霞. 膨胀石墨负载钯纳米颗粒催化六价铬还原反应[J]. 高等学校化学学报, 2014, 35(11): 2397.
[12]	张秋香, 陈建华, 陆洪彬, 唐伟, 陆玉, 高扬之. 细粒径石蜡微胶囊相变材料的制备与性能[J]. 高等学校化学学报, 2014, 35(10): 2258.
[13]	许冬梅, 丁飞, 郝建薇, 杜建新. 改性可膨胀石墨的制备及在硬质聚氨酯泡沫中的阻燃性能[J]. 高等学校化学学报, 2013, 34(11): 2674.
[14]	许峰, 向晨, 李良超, 毛梦怡, 周琰, 丁艳, 李涓碧. CoFe₂O₄及其膨胀石墨复合物的制备与电磁性能[J]. 高等学校化学学报, 2013, 34(10): 2254.
[15]	蒋保江, 王鹏飞, 侯宗伟, 乔英杰, 付宏刚. 膨胀石墨层间生长高活性氧化锌及其光催化性能[J]. 高等学校化学学报, 2012, 33(11): 2544.

石蜡/膨胀石墨/石墨烯复合相变储热材料的制备及性能

Preparation and Performance of Paraffin/Expanded Graphite/Graphene Composite Phase Change Heat Storage Material

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