将太阳能“藏”起来

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太阳能是一种取之不尽的清洁能源。发展太阳能采集储存技术，将收集的能量用于人们的生产、生活，对保护大气环境意义重大。

太阳能热储存技术是太阳能热应用的关键。根据物理热学原理，热储存技术主要有显热、潜热储存技术两类。显热储存技术因储能密度低、储热装置体积大，有一定的应用局限性。潜热储存技术利用材料状态变化过程中大量吸热储存能量，储能密度大，优点明显，目前发展势头强劲。

然而，常规单一成分的潜热储能材料在应用中依然存在缺陷，如无机潜热储能材料有过冷和固液分离现象，有机潜热储能材料导热性能较差、热导率低等。这些缺陷制约了潜热储能技术在太阳能热储存中的应用。

鉴于此，我探究试制了一种复合型太阳能热储存材料。

一、方案设计

经查阅资料，综合比较物质的热导率、熔化热和其他理化性能，最后选择可膨胀石墨粉和赤藻糖醇两种物质作为原材料，设计利用其各自的结构、性能、优点，将它们复合制备所需要的储能材料。

复合方案是，将可膨胀石墨粉通过加热处理变成膨胀石墨，然后利用具有微孔结构和大比表面积的膨胀石墨作为吸附基质，采用常压熔融浸渗法，使液态赤藻糖醇在膨胀石墨微孔的表面张力和毛细管吸附力的作用下被吸附至微孔内， 制得赤藻糖醇/膨胀石墨复合潜热储能材料。

膨胀石墨胀开的层间微空间作为一个个小容器和支撑结构，避免赤藻糖醇固液状态转变时出现形状变化，有助于提高材料的热导率。赤藻糖醇的高熔化热则提供大容量的潜热储存能力。

二、实验过程

1.制备膨胀石墨

将可膨胀石墨粉体置于坩埚中，再放入微波炉中加热，加热功率为700瓦，90秒后得到膨胀石墨。

2.制备复合储能材料

将膨胀石墨预压成坯，采用常压熔融浸渗工艺，在干燥箱中让赤藻糖醇浸渗吸附进入膨胀石墨孔隙中，得到赤藻糖醇/膨胀石墨复合储能材料。浸渗温度为150℃，浸渗时间为180秒，吸附的赤藻糖醇含量为92%。

3.结构与性能测试

使用扫描电子显微镜对加热得到的膨胀石墨、赤藻糖醇/膨胀石墨复合储能材料微观组织的形貌、结构进行观察。使用差示扫描量热仪测量赤藻糖醇/膨胀石墨复合储能材料试样的固液转化温度和熔化热，并采用闪光导热仪测定其热导率。

三、结果与分析

图1和图2分别为膨胀前后的膨胀石墨宏观外形及微观形貌。由图1可知，石墨粉经加热处理大幅膨胀后，长成蠕虫状膨胀石墨。由图2可知，由于加热膨胀，石墨片层沿垂直方向被不均匀地撕裂开，表面呈现网状孔型结构。孔型为多边形或狭缝型，其间还有许多更细微的孔隙，构成了膨胀石墨内部丰富的孔隙结构。

图3是赤藻糖醇/膨胀石墨复合储能材料试样及其扫描显微照片。显微照片显示，赤藻糖醇呈颗粒状被吸附在膨胀石墨片层孔隙中。

图4为赤藻糖醇/膨石墨复合储能材料试样的热流-温度曲线。曲线中有一个明显的峰，即为赤藻糖醇的固液状态转化峰，温度显示为119℃。通过热流对时间的积累计算，得到92%浸渗量赤藻糖醇/膨胀石墨复合储能材料的熔化热为258.1J/g。采用闪光导热仪测试得到赤藻糖醇/膨胀石墨复合储能材料的热导率为5.37W/m・K，远大于赤藻糖醇的热导率0.768W/m・K。

赤藻糖醇/膨胀石墨复合储能材料试样在150℃环境下保温1小时后，滤纸上没有赤藻糖醇渗出，说明膨胀石墨对赤藻糖醇具有良好的封装定型作用。

四、结论

1.可膨胀石墨颗粒经过90秒微波加热后可得到蠕虫状膨胀石墨。

2.采用常压熔融浸渗工艺可制得赤藻糖醇/膨胀石墨复合储能材料。

3.赤藻糖醇/膨胀石墨复合储能材料具有良好的导热性能和高储能密度。

4.膨胀石墨对赤藻糖醇有良好的封装定型作用，热循环过程中没有赤藻糖醇渗出，性能稳定。（指导老师：李明伟）