中低温固-液相变潜热储热材料研究进展*

唐 婷，张伟丽，高 宁，温 翊，李素兰，李又兵,2,3

(1. 重庆理工大学 材料科学与工程学院，重庆 400054； 2. 重庆市高校模具技术重点实验室，重庆 400054；3. 汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室，重庆 400054)

0 引 言

当前，能源需求和碳排放正以多年来最快的速度在增长，能源消耗已成为一场全球性危机。提高能源利用率、节能减排是我国一项基本国策。因此，可靠、高效的储能系统(Thermal Energy Storage System, TESS)[1-2]对于提高能源利用效率，实现节能降耗至关重要。TESS可分为显热储热、潜热储热和化学储热。其中以相变材料为存储介质的潜热存储是目前最具潜力的存储方法，其突出的优点是储热密度大、使用温度基本恒定、应用温度范围广、温度相对较低。利用相变材料(Phase Change Materials, PCMs)的蓄热性能一直被认为是一项关键的能源再利用技术，利用相变材料能够在一定温度下吸收和释放热量，可显著提高能源利用系统的效率。根据相变类型可将相变材料分为固-固、固-液、气-固和液-气相变材料。潜热储热在建筑节能、热回收、温度控制等领域被证明具有良好的应用潜力，一般在中、低温范围内(<200℃)。然而，固-液相变材料的泄漏和导热性差等问题限制了其进一步的应用。在高性能复合PCMs的制备中，载体材料的选择至关重要。通常采用多孔介质封装或微封装来提高纯相变材料的形状稳定性。多孔介质具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构，由于多孔介质的微毛细力和界面吸附作用，可以有效解决泄漏问题。此外，采用多孔介质封装纯相变材料制备形态稳定复合相变材料(Form Sstable Composite Phase Change Materials, FSCPCMs)，制备工艺相对简单，对可再生能源储存和热能回收利用具有重要意义和实际价值。

1 多孔矿物基相变复合材料

多孔矿物因其独特的孔隙结构和高比表面积而成为常用的多孔相变材料吸附介质。其中，粘土矿物由于其良好的化学惰性、独特的层状结构和高比表面积，能够有效吸附有机材料(如石蜡、聚乙二醇)而受到广泛关注。目前常用的多孔粘土矿物介质主要有硅藻土、膨胀蛭石和膨胀珍珠岩等。

1.1 硅藻土基相变复合材料

硅藻土是一种天然无定形SiO2矿物，由于其具有高度多孔的结构及优越的吸附能力，材料化学稳定性强、价格低廉，已经获得了众多学者的关注。

Rao等[3]采用真空浸渍法以六水合硝酸镁(Magnesium Nitrate Hexagonal, MNH)为相变材料，硅藻土为支撑载体材料，制备了系列MNH复合材料。硅藻土和六水硝酸镁/硅藻土复合材料微观结构图如图1所示。结果表明，随着MNH质量分数增加，FSCPCMs相变焓值增大，当硅藻土含量大于50%时，FSCPCMs会发生泄露现象；硅藻土相变材料最佳负载率为46.78%，制备的FSCPCMs相变温度为88.89 ℃，相变潜热为69.39 J/g，相变材料结晶度为93.6%。此外，FSCPCMs实际吸附容量低于理论值，这是由于在真空干燥箱中一小部分MNH的结晶水被去除而成为无水盐。因此，控制相变材料在真空干燥箱中的干燥时间至关重要。

图1 硅藻土和六水硝酸镁/硅藻土复合材料SEM图:(a)硅藻土5 000倍; (b)硅藻土10 000倍; (c)六水硝酸镁/硅藻土复合材料5 000倍;(d)六水硝酸镁/硅藻土复合材料10 000倍[3]Fig.1 SEM images of diatomite at magnification of (a) 5 000X and (b)10 000X, and SEM images of MNH/diatomite-FSCPCMs at magnification of (c)5 000X and (d)10 000X[3]

传统硅藻土常有一些杂质掺杂在圆盘状空隙内，影响硅藻土吸附效果，因此对硅藻土进行预处理尤为重要。Konuklu等[4]采用熔融浸渍法制备月桂酸/硅藻土复合材料。结果表明，硅藻土经微波处理后颗粒膨胀使得FSCPCMs晶粒尺寸增大，对月桂酸的吸附能力有所提升，提高了月桂酸/硅藻土复合材料的储热能力，相变复合材料熔融焓值由未经微波处理的30.4 J/g提高到55.7 J/g。

Li等[5]采用真空浸渍法制备了硅藻土基FSCPCMs。结果表明，经过微波酸处理后的硅藻土与原料硅藻土相比具有更优异的负载能力，负载率提升了36.68%。此外，为了提高FSCPCMs的导热性，将膨胀石墨(Expanded Graphite, EG)以质量比1∶10加入到硅藻土中，制备复合相变材料熔融温度为31.17 ℃，熔融焓值为117.3 J/g，结晶焓值为114.5 J/g，导热系数提高了3.2倍。

Benayache等[6]采用熔融浸渍法以硅藻土为载体材料，吸附不同比例混合的石蜡、液体石蜡相变材料。结果表明，经煅烧处理后的硅藻土对相变材料吸附能力有所提升，两者吸附率分别为39.13%和50.62%。石蜡/煅烧硅藻土FSCPCMs的熔融温度为28.44 ℃、熔融潜热为56.40 J/g，结晶度为93.8%。

当材料具有可观的潜热能力、合适的相变温度和较高的热导率时，将在节能建筑领域发挥出良好的应用前景。Xie等[7]采用两步法制备Na2HPO4·12H2O-Na2CO3·10H2O盐水合物复合相变材料，制备流程如图2所示。首先将无机盐水合物共晶融入到硅藻土中，接着通过紫外线在硅藻土基FSCPCMs的表面辐照层聚氨酯丙烯酸酯(PUA)树脂。结果表明，PUA层对保持FSCPCMs的形貌稳定性有明显效果，但经过UV固化后，随着聚合物含量的增加，潜热呈下降趋势，最大焓值为102.6 J/g，相变温度24 ℃左右，适合于建筑储能应用领域。

图2 (a)盐水合物/硅藻土复合材料的制备流程图，(b)紫外线照射下PUA涂层复合相变材料的制备示意图[7]Fig.2 Schematic diagram of the preparation of salt hydrate/diatomite CPCM, and PUA-coated CPCM under UV irradiation[7]

Yu等[8]采用物理共混法将有机醇类PCMs加入硅藻土中，制备出两种新型硅藻土基复合相变材料。结果表明，十四醇/硅藻土复合相变材料和十六醇/硅藻土复合相变材料的两种FSPCMs相变温度分别为33.1 和41.7 ℃，相变潜热分别为90.5和92.6 J/g。将FSCPCMs直接与混凝土混合制成相变墙板与传统聚苯乙烯保温墙板进行对照实验，发现最佳相变温度不仅与室外气象条件有关，还与墙板的位置有关。低相变温度相变材料更适用于东向墙体，而高相变温度相变材料更适用于西向墙体。由于相变墙板蓄热能力更强，相变墙板的外表面温度低于传统的聚苯乙烯塑料保温墙板。此外，相变墙板的储热性能会阻碍从室外到室内环境的传热，传统隔热板更适合在白天降低室内制冷负荷，而相变墙板更适合在夜间降低室内制冷负荷。因此，为了降低建筑能耗，在实际建筑中应考虑使用不用温度相变材料及其墙板位置。

由于硅藻土孔隙是半封闭结构，当硅藻土作为单一载体材料时，唯有减小相变材料质量分数方可减少渗漏的可能性，但随着相变材料质量分数的降低，相变焓值随之减小。为了进一步解决相变材料泄露问题，Guo等[9]采用真空浸渍法制备石蜡/硅藻土复合相变材料，通过双螺杆挤出机使高密度聚乙烯对其进行封装，并加入木纤维以提升热储能复合材料的力学性能和对石蜡的吸附量。结果表明，硅藻土的热储能容量主要是由10 μm以内的微孔获得，复合材料相变温度为23.3 ℃、相变潜热为18.72 J/g。此外，由于石蜡长链烷烃的韧性具有一定的冲击能量，在一定程度上提高了冲击强度。然而，当PCMs含量超过20%，相变过程中可能发生石蜡泄漏，填充基体出现孔隙和微裂纹，冲击强度不可避免地变差。因此随着PCMs质量份数增加，弯曲强度呈先增大后减小的趋势。该复合材料可用作温度调节的装饰性建筑材料。

1.2 膨胀蛭石基相变复合材料

膨胀蛭石(Expanded Vermiculite, EVM)作为一种典型的多孔粘土矿物，具有丰富的层隙结构和较高的孔隙体积，因此膨胀蛭石以吸湿盐及其水合物为基础的材料在蓄热性能方面具有很高的潜力。

Grekova等[10]采用直接浸渍法制备LiCl/膨胀蛭石新型复合吸附剂，分散在蛭石孔内的盐与水分子发生反应，适用于冬季季节性和日蓄热吸附储热循环。结果表明，LiCl/膨胀蛭石吸附材料在75～85 ℃的热源温度下冬季季节性储热量和日储热量分别达到2.3、2.6 MJ/kg，超过了一般吸附剂和新型吸附剂的适宜值。

然而，当直接使用EVM封装有机相变材料时，封装率不高，储热性能不理想。Yang等[11]以石蜡为PCMs，膨胀蛭石经酸浸和有机插层处理，以纳米Al2O3粉末为导热填料，采用熔融浸渍法制备了石蜡/膨胀蛭石复合相变材料。结果表明，经酸浸和有机插层处理膨胀蛭石负载率均大于70%，而未改性的膨胀蛭石负载率为59.7%所制备的膨胀蛭石基FSPCMs潜热均大于130 J/g，说明两种改性处理方法能显著提高储热能力。此外，石蜡的结晶能力与未添加Al2O3的相变复合材料相比显著增强。

1.3 膨胀珍珠岩基相变复合材料

膨胀珍珠岩(Expanded Perlite, EP)由于具有导热系数低、耐火性好、耐热性高、密度低等优点，已被广泛用作轻质多孔建筑材料。此外，EP的低成本和丰富性，使其成为封装相变储能材料的可行性候选材料之一，石蜡作为PCMs与EP结合的文献已有报道。Mekaddem等[12]采用石蜡(RT27)为相变材料，膨胀珍珠岩为支撑材料，通过直接浸渍法制备复合相变材料。结果表明，膨胀珍珠岩负载率为60%，RT27/EP复合相变的熔融温度为26.3 ℃，熔融焓值为84 J/g。此外，为了进一步防止渗漏，在RT27/EP复合材料与石膏混合之前，使用一种防水产品Sikalatex©进行涂覆，并加入铝粉以提升导热系数，当RT27/EP在石膏复合材料中含量为50%时，导热系数达到0.47 W/(m·K)。

目前大多选择相变温度为室温或中高温的PCMs应用于建筑行业、太阳能储热，对低温储能材料的报道相对较少。Alkhazaleh[13]采用真空浸渍法分别制备以纳米黏土(Nano Clay, NC)和膨胀珍珠岩作为支撑材料吸附低相变温度的棕榈酸异丙酯(ISOP)的复合相变材料，并将制备的FSPCMs加入到石膏基体中。结果表明，ISOP/EP和ISOP/NC复合材料中ISOP的最大质量分数分别为60%、50%，相变潜热分别为70.18、21.59 J/g，相变温度为10.73和9.16℃。ISOP/EP和ISOP/NC热储能墙板室内温度波动分别比普通石膏板降低1.6和0.4 ℃。表明含有ISOP/EP和ISOP/NC复合材料的石膏板在降低室内温度变化方面具有较大的潜力，可以显著降低建筑能耗。

2 碳基相变复合材料

近年来，通过将PCMs渗透到碳基材料的多孔结构中，如膨胀石墨[16-21]、多孔碳[25-29]，制备了大量FSPCMs。据报道，由此产生的碳基相变复合材料具有高导热性。这一特性可用于克服部分PCMs特别是石蜡和脂肪酸的低导热性问题。导热系数低是降低熔融和冷冻过程中储存和释放热量速率的主要缺点，这限制了其应用。此外，这些缺点降低了熔融和冷冻循环中的蓄热和放热速率，从而分别限制了其广泛应用。

2.1 膨胀石墨基相变复合材料

膨胀石墨的多孔框架可防止相变过程中PCMs泄漏。并且EG具有高长径比、低密度、良好的热传导性等优点，还可适用于提高有机PCMs的热传递性能[14-15]。

Li等[16]在硬脂酸(Stearic Acid, SA)中引入EG，采用熔融浸渍法得到了适用于无水箱太阳能热水器的复合材料。结果表明，SA的吸附能力达到94%(质量分数)，相变焓为163.5 J/g。负载有6%(质量分数)EG的FSPCMs导热系数急剧增加到2.5 W/(m·K)，约是纯SA导热系数的9.6倍；EG改性的FSPCMs的热释放时间比纯SA的热释放时间少74.8%。

Wang等[17]研究了由石蜡和CaCO3组成的微胶囊复合相变材料的导热性，通过CaCl2和Na2CO3的沉淀反应后用压制机引入EG。结果表明，由于构建了致密和连续的碳网络结构，含有24%(质量分数)EG的微胶囊复合相变材料的热导率达到了8.86 W/(m·K)，这比纯石蜡的热导率高出24倍。

除了相变材料单一的膨胀石墨基FSPCMs外，Jin等[18]采用熔融共混法将三水合醋酸钠(Sodium Acetate Trihydrate, SAT)、KCl、尿素制备成无机复合盐PCMs。以EG为支撑材料将EG引入到基体复合盐中制备FSPCMs。结果表明，在不影响相变性能的前提下，含有9%(质量分数)EG的SAT-KCl-尿素/EG复合相变材料具有较好的储热性能。它的熔点和相变焓分别为47.5 ℃、200.3 J/g；导热系数为1.48 W/(m·K)，约为SAT-KCl-尿素复合盐的5.3倍。此外，SAT-KCl-尿素/EG复合相变材料所需的相变持续时间比SAT-KCl-尿素复合盐的相变持续时间少约30%，具有良好的储热效应。

Yu等[19]采用水溶液-超声振荡法以SiO2/NaNO3-KNO3二元硝酸盐为PCMs，EG为支撑材料制备复合相变材料。结果表明，纳米SiO2/NaNO3-KNO3/EG复合材料的热性能明显优于纯二元硝酸盐NaNO3-KNO3。在加入15 %(质量分数) EG时，复合材料的平均比热和导热系数分别为2.574 J/(m·K)和6.05 W/(m·K)，分别是纯二元硝酸盐的1.69倍和9倍。在NaNO3-KNO3/EG(15%(质量分数))复合材料中加入1%(质量分数)纳米SiO2后，平均比热和导热系数分别提高了44%和60.9%。

Guo等[20]采用挤压和热压的方法将真空附得到的石蜡/膨胀石墨复合相变材料加入到木粉/高密度聚乙烯基体中，制备出新型复合热储能(Thermal Energy storage, TES)材料。结果表明，EG有丰富的孔隙，且大部分孔隙在26 μm以下，石蜡在EG中的负载率为54.05%。TES复合材料具有高效的温度调节能力，其相变时间约为15 min，但耐热性有待进一步提高。石蜡和EG的加入破坏了TES复合材料的界面粘结性，因此有利于提高TES复合材料耐湿性和导热性能。此外，木粉的引入可部分消除因被HDPE包覆的FSPCMs机械性能下降的负面影响。

Lin[21]等通过溶液共混法以棕榈酸(Palmitic Acid, PA)为相变材料，聚乙烯醇缩丁醛(Polyvinyl Butyral, PVB)作为支撑材料制备了一种新型复合相变材料。并且加入EG提高复合相变材料的导热性及减少PCMs的泄漏。结果表明，PVB负载棕榈酸最大质量分数为70%，其PA/EG/PVB复合相变材料潜热为128.08 J/g，对应的相变温度为59.5 ℃。加入7%(质量分数)EG可使PA/EG/PVB复合相变材料的热导率提高4.2倍。

2.2 多孔碳基相变复合材料

为了获得高储热密度，提升载体对相变材料的负载能力是一个核心关键点。具有蓬松超薄壁石墨结构的多孔碳由于具有良好的亲脂性，对有机相变材料具有较强的吸收能力，可以提高复合材料的形状稳定性。此外，多孔碳与相变材料之间的强相互作用可以降低界面热阻，可提高FSPCMs的导热性[22]。因此，与矿物多孔基材料相比，多孔碳基FSPCMs不仅具有良好的相变功能，由于其具有良好的导热性而不需另加导热填料。因此，多孔碳由于其良好的物理、化学稳定性，拥有广泛的应用领域[23-24]。

Zhu等[25]将煤、MgO和KOH粉末按比例混合碳化后，制备了一种比表面积高达1 351 m2·g-1的新型煤基三维石墨多孔碳(Graphite Porous Carbon, GPC)复合相变材料。这种材料的超薄石墨壁增强了导热性和形状稳定性，并且为固液相变材料提供了高负载能力。结果表明，采用真空浸渍法得到GPC负载90%(质量分数)石蜡的复合材料相变焓为187.4 J/g，比负载量计算的理论值提高了7.8%。此外，高多孔性的GPC为石蜡的凝固成核提供了优异的场所，因此获得了导热系数为0.58 W/(m·K)具有较高的内、外热稳定性复合材料，有利于实现由外向内的快速热传导。

Zhang等[26]采用真空浸渍法将硬脂酸加入到具有大比表面积和高孔隙率的3D蓬松超薄壁GPC中。结果表明，GPC能有效地提高FSPCMs的形状稳定性和导热性能。FSPCMs的储能密度会随着GPC含量的增加而降低，当FSPCMs中硬脂酸的含量为85%(质量分数)，没有任何液体渗漏。相比较于纯硬脂酸，所制备的FSPCMs具有熔化温度较低和凝固温度较高的特点。如图3所示，该复合材料在67.5 ℃时熔化，熔化焓值为171.5 J/g，在68.4 ℃时凝固，凝固焓值为170.0 J/g，导热系数为0.879 W/(m·K)，是纯SA的3.502倍。

图3 纯SA和SA/GHPC复合材料DSC曲线[26]Fig.3 DSC curves of pure SA and SA/GHPC composite PCMs with various mass fractions of GHPC[26]

Liu等[27]以介孔碳为支撑基体，以正十八烷为相变材料，通过真空浸渍法制备了一系列新型复合相变材料。以间苯二酚和甲醛为碳前驱体，以四乙氧基硅烷为硅源，以三嵌段共聚物F127为模板剂，通过联合组装法制备了介孔碳材料(Meso-porous Carbon, MPC)。进一步研究了限制在介孔碳纳米结构中的正十八烷的相变行为，正十八烷/MPC复合材料的负载率为93%，正十八烷有效地包裹在介孔碳的多孔结构中。由于相变材料分子的外层粘附在介孔壁上，降低了分子的流动性，抑制了相变。因此，与纯正十八烷(190 J/g)的相变焓相比，十八烷加入介孔材料后，相变焓显著降低，熔化温度为13.5 ℃，熔融焓值为18.62 J/g。

Liu等[28]采用模板法将四氯化锡和聚丙烯酸钠按5:14的质量比制备多孔碳材料，然后以石蜡为PCMs，以多孔碳为支撑材料，采用混合研磨-加热法制备了4种比例的石蜡/多孔碳FSPCMs。结果表明，石蜡被多孔碳的孔隙结构所吸附，FSPCMs相变温度为70 ℃，相变焓为35 J/g。此外，如果将制备出的多孔碳/石蜡FSPCMs以30%(质量分数)加入水泥中，1 m3的水泥都将发出3.69×107kJ的热量，相当于2400 W空调连续工作4.2 h，也相当于节省1.2 kg的煤。因此，将多孔碳/石蜡复合相变材料掺入建筑材料中，可有效降低室温波动和建筑能耗，节约不可再生能源，保护环境。

采用多孔碳材料吸附有机相变粒子制备的复合材料不仅能减少能耗排放，在控制城市供热系统的应用也有报道。例如Li[29]等制备了一种新型具有电/光热响应的还原石墨烯@N-掺杂多孔碳(Reduced graphene@N-doped porous carbon, RGO@PC)为支撑骨架，用于封装月桂酸(Lauric Acid, LA)等有机酸。还原石墨烯的三维网络结构为电子传递提供了连续的途径，并确保了快速的电子和光热响应。N-掺杂多孔碳为p-共轭体系提供电子，并降低复合材料的电导率。N-掺杂多孔碳与还原氧化石墨烯的电子传递路径密切接触，增强了多孔碳与还原氧化石墨烯的界面相互作用。因此，月桂酸分子可以同时积累和释放多余的热量，从而阻止RGO@PC和周围空气之间的对流散热。所得复合相变材料相变焓大，热稳定性好，电导率显著提高，具有优异的光电转换热能能力，其中碳化温度900 ℃制备的LA/RGO@PC相变焓值为137.1 J/g。LA/RGO@PC具有0.5 V的超低工作电压，并在4 min内快速的光驱动热反应，这在控制城市供热系统方面显示出巨大的潜力。

3 气凝胶基相变复合材料

与其它高导热系数基体相比，由于石墨烯气凝胶(Graphene Aerogel, GA)具有多孔性和重量轻的优点，因此石墨烯气凝胶对相变材料的蓄热性能影响较小。许多研究甚至表明，GA的引入可以在一定程度上提高FSPCMs的相变焓[30-31]。

Cao等[32]采用水热法和真空浸渍法制备了石墨烯气凝胶和石墨烯/石蜡相变材料FSPCMs。GA带来的含氧官能团可以提供石蜡成核位点，促进石蜡结晶，从而提高其潜热。结果表明，随着GA含量的增加，FSPCMs中石蜡的结晶度增加，相变潜热随之增加。FSPCMs中加入9.2% (质量分数) GA可以使石蜡结晶度由46.21%增加到61.11%；潜热由207.9 J/g增加到222.5 J/g，提高7%。除此之外，当GA含量大于7.3%(质量分数)时，GA的高导热性降低了石蜡相变过程的活化能，提高了FSPCMs的热响应速率。

Ding等[33]采用真空浸渍法以聚乙二烯(PEG)和还原氧化石墨烯(Reduced Graphene Oxide, rGO)气凝胶分别作为相变材料和多孔支撑材料制备PEG/rGO-MI复合相变材料，同时采用水热还原法制备的PEG/rGO-HT样品作为对照。结果表明，PEG分子完全填充在rGO气凝胶的连接孔基质中：PEG/rGO-MI样品中PEG无序分布在rGO纳米片的层状间隙中。PEG/rGO-HT样品的PEG质量分数为85.6%，然而PEG/rGO-MI样品的PEG质量分数高达96.6%。PEG/rGO-HT样品的熔化潜热为139.4 J/g，而PEG/rGO-MI样品的熔化潜热为205.2 J/g，远大于大多数已发表的成果。PEG/rGO-MI样品还表现出优异的短期隔热性能，在复杂环境下的热能管理方面具有广阔的应用前景。

Liao等[34]采用改良后的Hummers法制备了轻质的石墨烯气凝胶。以PEG为相变材料，碳化石墨烯/三聚氰胺泡沫(c-GA/MF)作为PEG的支撑材料，通过真空浸渍法将PEG浸渍到c-GA/MF中得到复合相变材料。结果表明，由于c-GA/MF中紧密接触的石墨烯片提供了更致密的导热网络且c- MF框架也可以作为导热填料，所以制备的c-GA/MF/PEG复合相变材料导热系数与纯PEG相比提高了3.12倍。c-GA/MF负载PEG含量高达95.4%，因此该复合相变材料具有较高的熔融潜热167.8 J/g，其结晶度高达98.76%。

Tang等[35]采用真空浸渍法将细菌纤维素(Bacterial Cellulose, BC)和MXene引入PEG中制备光驱动FSPCMs。在极低浓度下，大纵横比的BC构建成三维多孔支撑骨架，将具有良好光吸收特性的MXene嵌入到三维BC骨架中。FSPCMs具有良好的形状稳定性和光热转换能力，更重要的是，与纯聚乙二醇相比，FSPCMs具有更高的储能能力。BC/MXene混合气凝胶中的PEG负载率可高达97.9%，相变焓值为191.7 J/g，比纯PEG相比提高了3.2%。

Ding等[36]采用真空浸渍法制备以棕榈酸(Palimitic Acid, PA)作为PCMs，三维多孔碳/SiO2复合气凝胶(CSA)为支撑材料，制备出形态稳定的复合相变材料(CSA/PA)。并与碳气凝胶(Carbom Aerogel, CA)支撑的复合相变材料(CA/PA)进行对照。由于毛细管力和表面张力的作用，PA主要被填充在气凝胶大孔中。无定形CA的加入限制了PA分子的结晶生长，因此CA/PA呈现出分离的层状结构；而CSA/PA则由于CSA孔隙基质内的大孔，呈现出表面粗糙的芯壳结构，微观结构如图5所示。CSA/PA负载能力远大于CA/PA，分别为82.2%和64.1%。CA/PA样品的融化温度和熔化潜热分别为39.73 ℃和96.27 J/g，而CSA/PA样品的熔化潜热高达187.7 J/g。

图5 SEM图及EDS光谱图 (a)CSA; (b-e) CSA/PA复合相变材料; (f)CSA/PA复合相变材料EDS光谱[36]Fig.5 SEM images of the (a) CSA and (b)-(e) CSA/PA sample, and (f) the EDS spectra of CSA/PA[36]

4 结 语

以多孔矿物基、碳基和气凝胶基为代表的多孔介质载体，具有丰富的孔隙结构和适宜的孔径分布，有利于PCMs的封装或微封装。碳基在三种无机多孔材料中表现出优异的封装性能，其对PCMs的负载能力可达93%，负载率越高，FSPCMs的蓄热能力越强。基于PCMs的热能储存技术，可以有效地促进可再生能源和可持续能源的发展。多孔介质封装相变材料技术的研究现状，为了推进潜热储热技术的规模化应用，真正实现从单纯的理论研究到工程实际应用，未来的研究方向应主要集中在以下几个方面：

(1)多孔介质的孔隙结构对相变材料传热和相变行为的影响有待进一步探讨。应开发提高储热能力和导热性能的新方法。

(2)基于多孔介质封装PCMs对基体材料耐久性的影响目前尚不清楚，在建筑领域的应用需要进一步研究。

(3)尽管已有许多关于碳材料或导热填料增强FSPCMs导热性能的实验结果报道，但大多数实验结果仍缺乏深入的机理探索。对其机理的深入研究，有助于指导高导热性潜热储热复合材料的定向制备。