自連接Janus型石墨烯氣凝膠基相變復(fù)合材料及其增強(qiáng)的熱管理性能

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　　鋰離子電池?zé)峁芾砑夹g(shù)直接關(guān)系到儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性和能量效率。隨著電動(dòng)汽車(chē)和大型儲(chǔ)能電站規(guī)模化應(yīng)用，電池?zé)崾Э匾l(fā)的安全事故頻發(fā)，對(duì)高效熱管理方案的需求日益迫切。當(dāng)前技術(shù)路線(xiàn)存在顯著局限：相變材料雖能通過(guò)固液相變吸收大量潛熱，但易發(fā)生泄漏且本征熱導(dǎo)率偏低，制約熱量快速傳遞；純氣凝膠材料雖具備優(yōu)異隔熱性能，卻僅能提供被動(dòng)式熱防護(hù)，缺乏主動(dòng)熱調(diào)節(jié)能力。更為關(guān)鍵的是，傳統(tǒng)雙層復(fù)合材料普遍面臨界面熱阻大、層間結(jié)合弱、長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性差等問(wèn)題，難以兼顧吸熱與隔熱雙重功能。如何集成相變儲(chǔ)熱與熱防護(hù)功能，并實(shí)現(xiàn)層間高效熱傳導(dǎo)與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，成為電池?zé)峁芾眍I(lǐng)域亟待突破的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。開(kāi)發(fā)兼具主動(dòng)熱調(diào)控與被動(dòng)熱防護(hù)的新型復(fù)合材料，對(duì)提升電池系統(tǒng)安全性、延長(zhǎng)使用壽命具有重要工程價(jià)值。

　　在這項(xiàng)研究中，研究人員設(shè)計(jì)并制備了一種具有自源界面連接的Janus型石墨烯氣凝膠復(fù)合材料，構(gòu)建了雙層熱管理系統(tǒng)。該材料創(chuàng)新性地采用各向同性還原石墨烯氣凝膠作為隔熱層，相變復(fù)合還原石墨烯氣凝膠作為吸熱層，通過(guò)真空浸漬法將聚乙二醇負(fù)載于后者，形成PrGA/IrGA復(fù)合結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果顯示，PrGA層熱導(dǎo)率達(dá)1.07瓦每米每開(kāi)爾文，相變材料負(fù)載率高達(dá)96.8%，焓值達(dá)174.6焦每克。1.04微米的超小孔徑結(jié)構(gòu)確保材料歷經(jīng)100次熱循環(huán)后焓值保持率達(dá)95.6%，在100攝氏度下加熱40分鐘質(zhì)量損失僅0.48%，表現(xiàn)出極低的泄漏率。模擬電池?zé)崾Э貙?shí)驗(yàn)證實(shí)，該Janus結(jié)構(gòu)不僅熱絕緣性能優(yōu)于傳統(tǒng)材料，更能為單體電池提供主動(dòng)熱調(diào)節(jié)功能。這種吸熱與隔熱功能集成的設(shè)計(jì)策略為電池?zé)峁芾硖峁┝诵滤悸?，相關(guān)數(shù)據(jù)證實(shí)了其在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性。

　　該研究成功開(kāi)發(fā)了自連接Janus型石墨烯氣凝膠相變復(fù)合材料，通過(guò)雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)熱調(diào)控與被動(dòng)熱防護(hù)的有機(jī)結(jié)合。超小孔結(jié)構(gòu)賦予材料高相變材料負(fù)載率和優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性，自源界面連接技術(shù)有效降低了層間熱阻，解決了傳統(tǒng)復(fù)合材料界面結(jié)合弱的難題。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)，該材料在熱導(dǎo)率、儲(chǔ)熱密度、抗泄漏性和循環(huán)壽命等方面表現(xiàn)突出，特別是模擬電池?zé)崾Э貓?chǎng)景下展現(xiàn)出顯著的熱管理優(yōu)勢(shì)。這一成果不僅克服了單一氣凝膠或相變材料的固有缺陷，還為多功能熱管理材料開(kāi)發(fā)提供了可行路徑。該集成設(shè)計(jì)理念可推廣至其他熱管理領(lǐng)域，對(duì)提升儲(chǔ)能系統(tǒng)安全性、延長(zhǎng)電池使用壽命具有重要應(yīng)用價(jià)值，為下一代電池?zé)峁芾砑夹g(shù)發(fā)展奠定了材料基礎(chǔ)。

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