基于生物多糖的碳泡沫复合相变材料：电子设备热管理与安全新策略

本综述系统阐述了以生物多糖为基质的碳泡沫（CF）复合相变材料（PCM）在电子设备热管理领域的创新设计。通过原位生长镁铝层状双氢氧化物（Mg/Al-LDH）提升材料阻燃性，结合聚乙烯二醇（PEG）的高潜热特性，成功构建了导热系数提升至0.44 W/(m·K)、潜热达158.8 J/g的多功能复合材料。该材料在锂离子电池（LIB）热管理中展现出卓越的温控能力与热失控抑制效果，为高功率电子设备热安全提供了新解决方案。

　　

Highlight

复合纳米纤维薄膜的微观结构表征

扫描电子显微镜（SEM）图像显示（图2），成功制备出具有多孔结构的碳泡沫（CF），但其孔径分布不均且孔位杂乱（图2a-a′）。从图2b-b′可见，具有晶体结构的镁铝层状双氢氧化物（Mg/Al-LDH）成功在CF碳孔中原位生长。CF的多孔结构保持完整未破裂，赋予CF和CF@LDH强大的物理吸附能力。图2c-c′显示PEG均匀分布在CF骨架中，而CF@LDH/PEG（图2d-d′）中PEG被牢固锚定在CF@LDH骨架内，形成稳定的三维网络结构。这种结构通过毛细作用和表面张力有效防止PEG泄漏，同时LDH的引入增强了复合材料的机械强度与热稳定性。

结论

本研究基于生物多糖制备的多功能泡沫碳负载复合相变材料（CPCM）在热管理、光热储能等领域展现多重优势。从材料性能优化角度，CF与PEG的复合结合LDH原位生长，显著提升了原材料综合性能。CF@LDH/PEG的导热系数显著提高至0.44 W/(m·K)，达到纯PEG的1.76倍，且相变潜热保持率达158.8 J/g。该材料在18650圆柱锂离子电池充放电循环中表现出优异温控能力，能将电池工作温度稳定维持在安全区间。特别值得注意的是，CF@LDH/PEG通过提高电池自发热起始温度T₀与热失控起始温度T₁，显著延长热失控反应时间t，如同为电池安装了"热安全保险丝"。此外，材料还具备高光热转换效率（达85%）与循环稳定性，为电子设备热管理提供了兼具"储能"与"控温"双功能的创新解决方案。