水基多元醇相变材料、不同粒径EG

本文介绍了一项关于低温冷能存储材料的研究，题为《Fabrication of Shape-Stable Glycine Water-Based Phase-Change Material Using Modified Expanded Graphite for Cold Energy Storage》，由Yali Liu、Ming Li、Reda Hassanien Emam Hassanien、Yunfeng Wang、Runsheng Tang和Ying Zhang等作者共同完成，发表于2024年1月的《Energy》期刊。该研究旨在开发一种基于甘氨酸水溶液的相变材料（PCM），并通过改性膨胀石墨（EG）提高其形状稳定性和热性能，以应用于冷链运输和低温冷能存储。

研究背景与目的

随着全球气候变化、人口增长和能源消耗的增加，冷链运输和冷能存储技术的重要性日益凸显。冷链运输中的能源消耗占全球总能源消耗的8%，而中国的果蔬流通损失率高达20%-25%，经济损失约7500亿元。冷能存储技术（CES）能够有效解决冷能供需不平衡的问题，其中相变材料（PCM）因其高储能密度和可控的相变温度，成为研究热点。然而，现有的低温PCM在热导率和泄漏问题上存在不足，限制了其应用。甘氨酸水基PCM具有高潜热和低成本的优势，但其热导率低且易泄漏。因此，本研究通过改性膨胀石墨（EG）作为多孔载体，制备了一种形状稳定的甘氨酸水基PCM复合材料，旨在解决上述问题。

研究方法与流程

研究分为以下几个步骤： 1. 材料制备：首先，制备甘氨酸水基PCM（GPCM），并通过添加不同浓度的山梨酸钾调节其相变温度。随后，使用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）对膨胀石墨（EG）进行改性，制备改性膨胀石墨（MEG）。最后，通过自然吸附法将MEG与GPCM复合，制备MEG/GPCM复合材料。 2. 材料表征：通过扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）和氮气吸附-脱附等温线等方法，对EG和MEG的微观结构、化学结构和孔结构进行表征。使用差示扫描量热仪（DSC）和热重分析仪（TGA）评估复合材料的热物理性能和热可靠性。 3. 性能测试：通过静态吸附实验和泄漏测试，评估MEG对GPCM的吸附能力和复合材料的形状稳定性。使用热导率仪测量复合材料的热导率，并通过100次热循环测试评估其循环稳定性。

主要结果

1. GPCM的热物理性能：研究发现，6%甘氨酸和0.5%山梨酸钾的水基PCM具有合适的相变温度（-5.01°C）和高潜热（293.85 J/g），适合用于低温冷能存储。
2. MEG的吸附性能：CTAB改性后的MEG对GPCM的吸附能力显著提高，MEG-0.1的吸附容量从73.96%提升至84.05%。SEM和FT-IR结果表明，CTAB成功嵌入EG的微孔中，改善了其与GPCM的相容性。
3. MEG/GPCM复合材料的热性能：当MEG含量为14%时，复合材料的热导率达到1.836 W/(m·K)，比纯GPCM提高了216.33%。复合材料的相变温度为-5.06°C，潜热为243.80 J/g，表现出优异的热性能。
4. 热可靠性和循环稳定性：经过100次热循环后，复合材料的相变温度和潜热仅分别下降了1.38%和6.15%，表现出良好的热可靠性和循环稳定性。

结论与意义

本研究成功制备了一种形状稳定的MEG/GPCM复合材料，具有高潜热、合适的相变温度和高热导率，适用于低温冷能存储和冷链运输。通过CTAB改性EG，显著提高了复合材料的热性能和形状稳定性。该研究为低温PCM的开发提供了新的思路，具有重要的科学和应用价值。

研究亮点

1. 创新性：首次将CTAB改性EG应用于甘氨酸水基PCM，显著提高了材料的热导率和形状稳定性。
2. 高性能：复合材料的热导率达到1.836 W/(m·K)，潜热为243.80 J/g，适用于低温冷能存储。
3. 应用前景：该材料在冷链运输和低温冷能存储领域具有广阔的应用前景，能够有效降低能源消耗和冷链损失。

其他有价值的内容

研究还对比了不同MEG含量对复合材料性能的影响，发现14%的MEG含量为最佳比例。此外，通过100次热循环测试，验证了复合材料的长效稳定性，为其实际应用提供了可靠的数据支持。未来的研究将进一步优化材料的过冷度，以提升其性能。