用于储存太阳能的新型高效相变微胶囊

微胶囊的合成。图片来源：能源储存与节约（2022年）。DOI： 10.1016/j.enss.2022.09.003

社会对不可再生化石燃料的依赖导致了持续的全球能源和气候危机，这已经不是什么新闻了。煤炭，天然气和石油基燃料的排放是空气污染的主要因素，进而导致全球变暖。在社会转向可持续、碳中和能源经济的尝试中，太阳能大有可为。丰富和环保的太阳能，如果得到有效利用，可以减少我们对传统能源的依赖。

在这方面，相变材料（PCMs），即在相变时释放/吸收足够能量（以潜热的形式）以提供有用的加热/冷却的物质，是太阳能存储设备的热门候选者。研究表明，基于太阳能PCM的冷却系统可以将环境温度降低30摄氏度。不幸的是，实际的PCM存在泄漏和腐蚀问题。此外，由于导热系数低，它们表现出较差的传热性能。虽然这可以通过使用金属PCM来解决，但它使PCM更昂贵，更笨重。

正如研究表明，解决这些问题的一种方法是将PCM封装在具有高导电性填料（如纳米颗粒）的微胶囊中。这可以保护它们免受光，热，湿气和氧气的破坏性影响，并改善它们的传热性能。此外，许多研究人员为此目的采用了低密度，非金属，高导热纳米颗粒，从而避免了金属纳米颗粒的问题。

在最近的一项突破中，来自中国和美国的研究人员合成了PMC微胶囊，以正十八烷（ODE）为PCM核心，碳化硅（SiC）纳米颗粒掺杂交联聚苯乙烯（CLPS）为外壳，显示出前所未有的光热转化和传热。

“相变微胶囊材料一直是我们研究的重点。在之前的一项研究中，我们发现单个有机壳在导热性和稳定性方面存在缺陷，而单个无机壳在致密性和覆盖率方面不令人满意。因此，我们开始专注于用无机纳米颗粒掺杂有机壳以获得有机 - 无机杂化壳，“该研究的作者之一，中国上海理工大学的王继芬教授解释说，该研究于2022年9月29日在线发表在”能源储存与节约“杂志上。

在他们的工作中，该团队使用一种称为“悬浮聚合”的方法制备了一系列四个微胶囊。然后，他们使用扫描电子显微镜，能量色散X射线光谱和傅里叶变换红外光谱对微胶囊进行了表征。结果表明， 微胶囊为球形， 纳米SiC颗粒嵌入CLPS壳体中， 有利于微胶囊的传热和光热转化效率.

该团队接下来测试了微胶囊的热性质，发现与非掺杂样品相比，它们显示出优异的光热转化和热导率。在4种类型的掺杂微胶囊中，具有1.25 wt%纳米SiC掺杂的微胶囊表现出最佳性能，光热转换效率为54.9%，非掺杂对应物高出146%。

凭借如此令人鼓舞的结果，新型PCM微胶囊壳可以为进一步研究具有优异太阳能存储和转换效率的能源材料提供坚实的框架。该研究还为多功能相变微胶囊的实际应用打开了新的大门。

王教授说：“这些微胶囊作为太阳能设备、智能隔热设备和节能建筑中的储能材料，具有巨大的潜在应用。