石墨基相变微胶囊的制备及相变特性

本文以导热增强型相变微胶囊为研究对象,以改性石墨烯为壁材,石蜡为芯材,制备了改性石墨烯相变微胶囊(E-rGO/Paraffin)。并向E-rGO/Paraffin壁材引入二氧化硅,得到循环稳定性增强的改性石墨烯-二氧化硅相变微胶囊(E-rGO-SiO_2/Paraffin)。将所制得E-rGO-SiO_2/Paraffin应用到锂离子动力电池组热管理系统中,研究了电池组性能的变化。通过XRD、SEM、FT-IR、DSC、热常数分析仪等分析测试手段,探究了相变微胶囊的结构、微观形貌、储能性能及石墨烯的添加对微胶囊导热性能的影响。利用乙二胺将氧化石墨烯功能化还原,得到胺基接枝石墨烯(E-rGO,以下简称改性石墨烯),将其作为壁材制备相变微胶囊。通过对相变微胶囊的导热系数、SEM、DSC等测试,发现当改性石墨烯的含量为10%时,得到的微胶囊为规则球形;导热系数为0.757W/(m·K),较纯相变材料提高了 4.0倍;熔化焓为100.3J/g。制备改性石墨烯相变微胶囊的最佳反应条件为:制备改性石墨烯时,氧化石墨烯超声剥离功率为105W;制备微胶囊时,搅拌速度为8000rpm,改性石墨烯的含量为10%,得到的微胶囊形貌规整,包覆率为89.5%。将二氧化硅引入E-rGO/Paraffin壁材,进一步提高相变微胶囊的热循环稳定性。当制备预聚体所用水PH=2.4、改性石墨烯含量为1%、水硅比为1:1、搅拌速度为8000rpm时制备的相变微胶囊球形度高,平均粒径在20μm左右,熔化焓为78.54J/g,成囊率达到70.1%,导热系数增大到0.693W/(m·K),较之纯相变材料提高了 3.7倍。经过100次冷热循环,熔化焓仅损失1.97%,表明该相变微胶囊具有较高的循环稳定性。将E-rGO-SiO_2/Paraffin应用到锂离子动力电池组热管理系统中,研究不同环境温度、不同放电倍率下单体电池表面温度。当电池组的测试工况为25℃、1C放电时,相比于不引入相变微胶囊,电池组内部电池表面温度降低了 6℃;工况为40℃,0.7C和1C放电时则分别降低了 4.7℃和8℃。相变微胶囊的加入可有效降低电池表面的温度,增强电池组的安全性能。