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[交流] 25秒升温至550℃!新型高温储热材料研发成功

25秒升温至550℃!新型高温储热材料研发成功


太阳能、风能等清洁能源资源丰富,但由于其间歇性和波动性,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。

近日,天津大学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的循环稳定性,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。相关成果发表于国际期刊《先进功能材料》。

在冶金及光热发电等高温应用场景中,传统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界面润湿性较差,接触角约为102°,难以通过常规浸渍或物理渗透方法实现均匀复合,容易导致熔盐泄漏及分布不均,从而影响整体性能。

针对这一问题,研究团队提出界面调控策略,在氧化石墨烯与三元共晶盐(LiF–NaCl–Li2CO3)体系中引入聚乙二醇(PEG)作为界面调控剂,通过其桥接作用改善两相之间的相容性。在80℃条件下搅拌形成均一凝胶体系,随后经液氮定向冷冻、冷冻干燥及高温退火处理,构建出稳定的石墨烯气凝胶-熔盐复合结构。退火过程中PEG被去除,熔盐被有效限域于石墨烯多孔骨架内部。

性能测试结果表明,该复合材料的初始熔化焓达到531.1J/g,在经历50次高温热循环后,仍可保持约93%的储热能力。在聚光光照条件下,材料可在25秒内升温至550℃,全光谱平均吸收率达92.7%,在特定测试条件下光热转换效率最高可达91.6%。

值得注意的是,随着热循环次数增加,材料内部熔盐晶粒逐步细化并发生重分布,使孔道填充更加致密,导热性能显著提升,热导率由0.38W·m?1·K?1提高至0.67W·m?1·K?1。同时,石墨烯骨架提供丰富的异质形核位点,有效缓解了熔盐的过冷现象,使相变过程更加稳定可控。

团队负责人表示,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,从而缓解太阳能的间歇性问题;同时在工业高温余热回收等领域也展现出良好的应用潜力。当前,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。

相关论文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.75374
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