文章链接:https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.05.010
随着世界工业和经济的快速发展,能源短缺和环境污染问题日益突出。节能降耗和提高能源效率能够显著改善全球能源需求并减少环境污染。热能储存技术是获得太阳能并提高能源效率最有吸引力的策略。然而,高性能复合相变材料通常制备工艺复杂、光热转换效率较低和相变材料易泄露等问题严重阻碍了它们在建筑领域的应用。本研究通过构筑凹凸棒石、膨胀珍珠岩和石墨三元复合矿物微球,整合矿物特性优势和功能化设计,充分发挥材料属性的协同效应,在光热转换和节能降耗领域具有巨大的应用潜力。
图1 矿物微球基储能材料用于节能建筑示意图。
文章要点
要点一:矿物微球基储能材料实现高效光热转换
矿物微球表现出优越的光-热转化性能。 矿物微球的光学特性和相变材料的潜热存储,使矿物微球基储能材料可以同时实现太阳能光热转换和热能存储,光热转化效率高达92%。
图2 矿物微球基储能材料的光热转换性能。
要点二:矿物微球基储能建筑材料在热能管理、机械强度和阻燃方面表现优越性能
矿物基储能建筑材料能够高效的实现热参数自调节功能,在白天吸收大量热能,夜晚释放,减缓室内温度波动,以改善热舒适性。此外,矿物基储能建筑材料在抗压强度和阻燃效果方面均表现出优越性能。
图3 矿物微球基储能建筑材料的热管理性能和机械性能。
图4 矿物微球基储能建筑材料的阻燃性能。
要点三:阐明了协同效应的作用机制
凹凸棒石与建筑材料兼容性良好,膨胀珍珠岩具有高负载量,石墨表现出优越的光热转换能力。通过整合材料特性优势和功能化设计,构筑三元矿物微球充分发挥了协同增强效应。
图5 凹凸棒石、矿物微球和复合相变材料的微观形貌图