Preparation and Property of Sponge-like Graphene Oxide/Polyethylene Glycol Composite Phase Change Materials

doi:10.7503/cjcu20250035

Abstract

Abstract:

To address the challenges of high carrier mass and insufficient thermal conductivity in existing composite phase change materials（CPCMs）， this study synthesized graphene oxide（GO） colloidal solutions via an improved Hummers method. A sponge-like graphene oxide（SLGO） with a porous structure was further fabricated through freeze-drying technology. Utilizing SLGO as the carrier and polyethylene glycol（PEG） as the phase change medium， the SLGO/PEG composite phase change material was prepared by combining vacuum impregnation with ultrasonic- assisted processing. The microstructure and thermophysical properties of the composite materials were systematically characterized using ultraviolet-visible（UV-Vis） spectroscopy， scanning electron microscopy（SEM）， Fourier-transform infrared（FTIR） spectroscopy， X-ray diffraction（XRD）， differential scanning calorimetry（DSC）， and laser thermal conductivity analysis. The results demonstrate that PEG effectively fills the pores of SLGO and adsorbs onto its layers， significantly expanding the graphene interlayer space and forming stable hydrogen bonds with oxygen-containing functional groups on the SLGO surface. The composite materials exhibited high latent heat values exceeding 179 J/g and crystallization enthalpies of 172.7 J/g， with relative enthalpy efficiencies over 90%， highlighting their excellent energy storage performance. Most importantly， the addition of SLGO significantly enhanced the thermal conductivity of the material， reaching 0.98 W·m^-1·K^-1 when the mass fraction of SLGO was increased to 1%. Furthermore， the shape stabilization of the composite material was significantly enhanced with higher SLGO content.

Key words: Composite phase change material, Sponge-like graphene oxide, Polyethylene glycol, Latent heat value, Thermal conductivity

CLC Number:

O631

TrendMD:

CAI Lei, LI Lizhe, LI Hao, CAI Chang, LI Tiehu. Preparation and Property of Sponge-like Graphene Oxide/Polyethylene Glycol Composite Phase Change Materials[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(10): 20250035.

Figures/Tables 11

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Material	Onset temperature of melting， T_om/℃	Peak temperature， T_tm/℃	Endset temperature of melting， T_em/℃	Enthalpy of fusion， ΔH_m/（J·g^-1）	Relative enthalpy efficiency， η（%）
PEG	50.9	54.7	55.6	202.1	100
0.5%SLGO/PEG	48.5	53.0	53.7	194.0	96.5
1.0%SLGO/PEG	50.7	54.8	56.3	191.6	95.8
1.5%SLGO/PEG	50.5	54.5	58.4	189.6	95.2
2.0%SLGO/PEG	50.6	54.6	55.7	179.1	90.4

Material	Onset temperature of melting， T_om/℃	Peak temperature， T_tm/℃	Endset temperature of melting， T_em/℃	Enthalpy of fusion， ΔH_m/（J·g^-1）	Relative enthalpy efficiency， η（%）
PEG	50.9	54.7	55.6	202.1	100
0.5%SLGO/PEG	48.5	53.0	53.7	194.0	96.5
1.0%SLGO/PEG	50.7	54.8	56.3	191.6	95.8
1.5%SLGO/PEG	50.5	54.5	58.4	189.6	95.2
2.0%SLGO/PEG	50.6	54.6	55.7	179.1	90.4

Materials	Onset temperature of crystallization， T_oc/℃	Peak temperature， T_tc/℃	Endset temperature of crystallization， T_ec/℃	Enthalpy of crystallization， ΔH_c/（J·g^-1）	Degree of supercooling， ΔT/℃
PEG	39.4	37.1	35.6	192.0	11.5
0.5%SLGO/PEG	39.7	37.1	35.6	185.4	8.8
1.0%SLGO/PEG	40.2	37.8	35.0	182.9	10.5
1.5%SLGO/PEG	39.4	36.9	34.6	180.2	11.1
2.0%SLGO/PEG	38.5	36.0	34.3	172.7	12.1

Materials	Onset temperature of crystallization， T_oc/℃	Peak temperature， T_tc/℃	Endset temperature of crystallization， T_ec/℃	Enthalpy of crystallization， ΔH_c/（J·g^-1）	Degree of supercooling， ΔT/℃
PEG	39.4	37.1	35.6	192.0	11.5
0.5%SLGO/PEG	39.7	37.1	35.6	185.4	8.8
1.0%SLGO/PEG	40.2	37.8	35.0	182.9	10.5
1.5%SLGO/PEG	39.4	36.9	34.6	180.2	11.1
2.0%SLGO/PEG	38.5	36.0	34.3	172.7	12.1