功能化碳气凝胶-共晶水合盐复合相变材料的储热性能与循环可靠性研究

针对水合盐相变材料(PCMs)泄漏、过冷和循环稳定性差等问题，研究人员开发了基于稻米改性碳气凝胶(CA)的复合相变材料(cPCMs)。通过SEM/XRD/DSC/TGA分析证实，该材料可实现81.7%的共晶盐负载量，脱水过程可控，经100次热循环后仍保持优异储热能力(ΔHm )，为低中温热储能系统提供了环保、低成本解决方案。

　　

随着化石能源枯竭与环境污染加剧，可再生能源的高效利用成为全球焦点。然而，太阳能、风能等可再生能源存在间歇性、不稳定性等固有缺陷，导致德国等国家甚至出现全年468小时的负电价现象。热储能技术(TES)作为破解这一困局的关键，其中基于固-液相变的潜热储能材料(PCMs)因其高储能密度、宽温域等特点备受关注。水合盐虽具有ΔH_m
高、成本低等优势，却长期受困于泄漏、过冷和循环可靠性差三大技术瓶颈。传统解决方案如膨胀石墨封装虽能抑制泄漏，却面临工艺复杂、成本高昂等问题。

针对这些挑战，国内研究人员在《Journal of Colloid and Interface Science》发表创新成果，提出以稻米改性碳气凝胶(CA)为载体，负载NH₄
Al(SO₄
)₂
·12H₂
O/MgCl₂
·6H₂
O共晶盐体系的新型复合相变材料(cPCMs)。研究团队通过冷冻干燥-碳化四步法制备具有狭缝孔结构的CA，结合SEM、XRD、DSC和TGA等表征技术，系统评估了材料的微观结构、储热性能与循环稳定性。

关键技术包括：1）采用80-100目霉变稻米粉改性壳聚糖衍生水凝胶；2）通过真空浸渍将共晶盐负载至CA；3）利用TG/DTG曲线分析脱水行为；4）设计100次热循环实验测试ΔH_m
衰减率。

【盐负载性能】
稻米改性CA展现出81.7%的惊人盐负载量，远超未改性CA的50.7-64.3%。SEM显示狭缝孔结构有效封装盐晶体，XRD证实负载过程未改变盐的晶体结构。

【储热机制】
共晶作用使NH₄
Al(SO₄
)₂
·12H₂
O(99.65°C)与MgCl₂
·6H₂
O(120.07°C)形成低共熔体系，PCT降至89.2°C。DSC显示熔化焓达214.7 J/g，TG证实可控脱水特性。

【循环可靠性】
100次-20°C至120°C热循环后，ΔH_m
仅衰减3.2%，显著优于文献报道的Al₂
O₃
/石墨烯复合材料。

该研究突破性在于：1）利用农业废弃物稻米开发低成本CA；2）狭缝孔结构实现超高盐负载与零泄漏；3）共晶盐体系兼顾低温PCT与高热容。这种环保、轻质材料在建筑温控、光伏板散热等领域展现巨大潜力，为碳中和目标下的能源革命提供了创新解决方案。