北京
来源：科技日报
记者5月15日从天津大学获悉，该校教授封伟团队研制出一种新型高温复合相变材料。该材料具有高储热密度和优异循环稳定性，为太阳能光热发电及工业余热回收等高温应用提供了新的解决方案。相关成果日前发表于国际学术期刊《先进功能材料》。
太阳能、风能等清洁能源资源丰富，但其间歇性和波动性使其大规模高效利用始终受制于储能技术。如何实现高效、稳定的能量存储，一直是能源领域的重要研究方向。然而，现有储能技术在应对高温应用场景时，仍面临诸多挑战。
在冶金及光热发电等高温应用场景中，传统的中低温相变材料难以满足需求。高温熔盐虽具备较高储热密度和良好热稳定性，但与石墨烯气凝胶之间的界面润湿性较差，接触角约为102°。而当接触角大于90°时，液体就很难铺开。封伟比喻说，这就好比水倒在油的表面上难以铺展。因此，熔盐难以通过常规浸渍或物理渗透方法均匀复合到石墨烯骨架中，容易导致熔盐泄漏及分布不均，从而影响整体性能。
针对这一难题，研究团队提出了一种界面调控策略。他们在氧化石墨烯与三元共晶盐的体系中引入聚乙二醇作为“桥接剂”。聚乙二醇就像“双面胶”，它的一头亲石墨烯，一头亲熔盐，有效改善了二者之间的相容性。研究人员在80℃条件下搅拌形成均一凝胶体系，之后再经液氮定向冷冻、冷冻干燥及高温退火处理，最终构建出稳定的石墨烯气凝胶—熔盐复合结构。在退火过程中，聚乙二醇被完全去除，熔盐则被成功限域于石墨烯的多孔骨架内部，实现了均匀稳定的负载。
性能测试结果表明，这种新型复合材料的初始熔化焓，即单位质量熔化时吸收的热量达到531.1焦耳/克，这意味着它单位质量储存的热量非常可观。在经历50次高温热循环后，它仍能保持约93%的储热能力。在模拟聚光光照条件下，材料可在25秒内迅速升温至550℃，全光谱平均吸收率达92.7%，光热转换效率最高可达91.6%。
更令人惊喜的是，随着热循环次数的增加，材料内部的熔盐晶粒会逐步细化并发生重新分布，使石墨烯孔道填充更加致密，导热性能反而显著提升。同时，石墨烯骨架提供了丰富的异质形核位点，有效缓解了熔盐容易过冷的问题，使相变过程更加稳定可控。
封伟介绍，该材料有望应用于聚光太阳能光热发电系统，实现白天储热、夜间释能，从而有效缓解太阳能的间歇性问题。在工业高温余热回收等领域，该材料也展现出良好应用潜力。目前，团队正进一步优化材料的规模化制备工艺，并推动其在实际光热系统中的应用验证。
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