太阳能相变蓄热系统是一种有效的解决能量供需之间时间上不匹配的方式。然而目前太阳能相变蓄热材料面临着导热系数低，太阳光谱吸收率低等问题，限制了系统的广泛应用。我院陈贵军副教授课题组提出一种基于石墨烯气凝胶，碳纳米管和石蜡的复合相变材料用于太阳能相变蓄热系统的性能提升，见图1。

图1. concept of the paraffin wax/graphene oxide/carbon nanotubes composite material enhanced solar thermal storage system.

在该复合材料中，石墨烯气凝胶起到了骨架结构的作用从而将相变材料石蜡封装于其中，同时为热量的传递提供了更多同道。碳纳米管附着在石墨烯气凝胶骨架表面起到了扩展换热表面的作用，从而进一步提升复合材料导热系数。石墨烯气凝胶，石墨烯气凝胶-碳纳米管以及石墨烯气凝胶-碳纳米管-石蜡复合材料的微观形貌见图2。

图2. SEM images at different magnifications of (a) (b) GA, (d) (e) G4C1-CA, (g) (h) G2C1-CA, (c) PW/GA, (f) PW/G4C1-CA, (i) PW/G2C1-CA. The scale bar in (a), (d) and (g) indicates a length of 20μm, in (b), (e) and (h) indicates a length of 200nm, in (c), (f) and (i) indicates a length of 1 μm.

当石墨烯气凝胶/碳纳米管质量含量为2.2%时，复合材料导热系数为0. 46 W m⁻¹ K⁻¹，该结果为单纯石蜡导热系数的1.77倍，为石墨烯气凝胶/石蜡复合材料的1.44倍，证明了碳纳米管增强导热系数的作用，见图3。

图3 (a) Thermal conductivity of PW and composite PCMs and (b) DSC curve of PW and composite PCMs

与此同时，本文制备的复合材料具有较高的太阳光吸收率（近100%），该吸收率为相同波段范围内单纯石蜡吸收率的1.4倍。此外，由于石墨烯气凝胶和碳纳米管的质量分数较低，制备的复合相变蓄热材料与单纯石蜡的蓄热量相当（图3b）。基于制备的复合材料，本文建立了太阳能相变蓄热数值模型，该数值模型可以较好地反映出太阳能相变蓄热、放热过程，结果显示利用了复合材料的太阳能相变蓄热装置具有最高的蓄、放热效率。本文提出的复合相变蓄热材料有利于太阳能蓄热系统性能的提升。

该工作指导教师陈贵军副教授为论文第一作者，硕士研究生苏云鹏为第二作者，课题组姜东岳副教授为通讯作者，项目参与人物理学院潘路军教授和硕士生李帅为合著作者。论文发表于国际期刊《Applied Energy》（论文链接），该论文还获得了《Applied Energy》官方微信推送（推送链接）。