具有高焓的有机相变材料是储热和放热的理想材料，有望促进热能的利用，缓解能源短缺。然而，普通有机相变材料固有的较差的吸光性、较差的导热性和较弱的形状稳定性严重限制了太阳能的吸收、转化和利用。本文首次通过2800°C下的单向冷冻、冷冻干燥、碳化和石墨化，设计了由预氧化聚丙烯腈（OPAN）/氧化石墨烯（GO）组分衍生的高质量各向异性石墨烯气凝胶。GO组分有效地诱导OPAN组分的取向和石墨化，并在石墨化过程中将其转化为石墨碳。在用石蜡真空辅助浸渍后，获得了一种最佳的导热相变复合材料（PCC），该复合材料在1.07 vol%的低石墨烯含量下具有4.36 W m^–1 K^–1的增强过平面热导率、改进的形状稳定性和99.7%的相当高的潜热保持率。由于PCC具有显著的光吸收率和光热转换能力，在5 kW m^–2的模拟太阳光照射下，其输出电压为1181 mV，在太阳能-热能-电能转换应用中非常有效。通过释放存储在PCC中的热能，即使在太阳光照射停止后，它也可以继续为LED灯供电。这项工作为制造具有高潜热保持率的导热PCCs提供了一种可行而有效的方法，用于高效的太阳能-热能-电能转换。

 
图1.（a） PG气凝胶及其石蜡相变复合材料的制备示意图。PG4的（b，c）侧视图和（d，e）顶视图SEM图像。（f） PG4的数码照片。

 
图2:（a）OPAN/GO悬浮液中不同初始GO比制备的PG气凝胶的表观密度。插图展示了不同PG气凝胶的尺寸。（b） PG气凝胶的XRD图谱。（c）PG气凝胶的（002）衍射角和FWHM图。2800°C石墨化后（d）PG1、（e）PG2、（f）PG3、（g）PG4和（h）PG5的拉曼图谱。（i） PG气凝胶的平均I_D/I_G值和晶体尺寸。

 
图3.（a）未退火PG4和（b）在1000°C下退火的PG4的拉曼映射图像。（c） XPS图谱，以及（d）未退火的PG4、PG4-1000°c和PG4-2800°c的平均I_D/I_G值和C/O原子比。

 
图4.（a）PPG复合材料的纵向和横向热导率。（b）PiPG复合材料的热导率。（c）石蜡和PPG相变复合材料的TGA曲线。（d）填料含量和（e）PPG相变复合材料的热导率增强效率。（f） PPG4与已报道的PCCs的热导率和潜热保持率的比较。红外图像显示石蜡和PPG4在同步（g）加热和（h）冷却过程中的热响应。

 
图5.（a）加热和（b）冷却DSC曲线，以及（c）石蜡和PPG复合材料的相变焓。（d） PPG4 100次循环的DSC曲线。（e） TMA曲线和（f）石蜡和PPG4的紫外-可见-近红外吸收光谱。2 kW m^–2的模拟太阳光照射下（g）石蜡、（h）PiPG4和（i）PPG4的温度-时间曲线。

 
图6.（a） 散热器在空气中时，坯料、石蜡和PPG4覆盖的热电产品的输出电压。当散热器在水中时，PPG4覆盖的热电的输出（b）电压和（c）电流。（d） PPG4覆盖的热电的稳定输出电力和（e）功率密度。（f）PPG4覆盖的热电在10 kW m^–2的太阳光照射下的输出电压/电流。（g）太阳能-热能-电能转换实验装置示意图。（h）停止太阳能模拟器后LED灯的亮度变化。
 
        相关研究成果由北京化工大学Xiaofeng Li和Zhong-Zhen Yu等人2023年发表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering (https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.3c02154)上。原文：High-Quality Anisotropic Graphene Aerogels and Their Thermally Conductive Phase Change Composites for Efficient Solar–Thermal–Electrical Energy Conversion。

转自《石墨烯研究》公众号