近日，我中心硕士苏梦婕以第一作者在Chemical Engineering Journal期刊(中科院一区，IF=13.273)上发表题为“Carbon welding on graphene skeleton for phase change composites with high thermal conductivity for solar-to-heat conversion”的研究论文，论文通讯作者为冯跃战副教授和刘春太教授。

锂电池的热潮正在推动电动汽车的快速发展。随着对续航里程和充电效率的要求越来越高，高能量密度锂电池的废热散热和寒冷环境下的保温等热管理问题越来越受到工业学术界的关注。相变材料（PCMs）具有高潜热，特别是有机固液相变材料，在锂电池热管理方面显示出广阔的前景。作为一种潜热储存材料，相变材料可以吸收大量废热来避免局部过热。在寒冷的环境中，PCM中储存的热量用来维持锂电池的正常运行。但是有机固液相变材料固有的低导热系数（λ_PCM < 0.5 Wm^-1K^-1）严重阻碍了实际热管理系统中的热充电/放电速率。此外，形状稳定性差、易泄漏和光热转换能力低也限制了相变材料的广泛应用。因此，开发用于锂电池热管理领域的先进相变材料仍然具有挑战性。

该工作采用“碳化焊接”策略，通过实现相连石墨烯之间的晶格连接来减少3D石墨烯骨架中填料到填料的界面热阻(ITR)。通过单向冰模板组装石墨烯纳米板(GNP)在聚酰胺酸(PAA)的帮助下构建有序的3D石墨烯骨架。采用亚胺化和碳化处理在3D骨架中焊接相邻的GNP。碳化的聚酰亚胺(PI)和石墨烯的相似晶格结构可以显著降低接触区域的声子散射和 ITR。用聚乙二醇(PEG)浸渍后，制备出具有高效声子传输通路的高性能PCMs。该复合材料显示出高导热系数(TC)：当GNP的体积分数为~11.6 vol% 时，TC可达7.032 Wm^-1K^-1，是未碳化骨架PCM的两倍多。有限元模拟和非线性模型分析证实骨架中填料与填料 ITR 的降低是提高导热系数的主要原因。此外，3D石墨烯骨架的存在可以不仅有效避免了固液相变过程中的PEG泄漏，并显著提高PCM的形状稳定性。同时也赋予了PCM优异的光热转换性能。优异的导热性、形状稳定性、储能能力和太阳能热转换能力使其在锂电池热管理领域中具有广阔的前景。

Graphical Abstract

该研究工作得到了国家重点研发计划项目(2019YFA0706802)、国家自然科学基金项目(51903223和12072325)，中国博士后科学基金项目(2018M642781)的资助。

论文信息：Carbon welding on graphene skeleton for phase change composites with high thermal conductivity for solar-to-heat conversion，Mengjie Su, Gaojie Han, Jin Gao, Yuezhan Feng*, Chengen He, Jianmin Ma, Chuntai Liu*, Changyu Shen. Chemical Engineering Journal, 2022, 427, 131665. 文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131665.