Abstract In order to improve the energy storage and conversion efficiency of phase change materials, a mixed clay sponge (MCS) containing palygorskite (Pal) and Halloysite Nanotubes (HNTs) was successfully constructed by solution polymerization. Expanded graphite (EG) was used to enhance the overall thermal conductivity and carbonized MCS with EG (mark as EG-MCS, C-EG-MCS). A series of form stable phase change materials (FSPCMs) were prepared by using them as scaffolds and encapsulated organic phase-change material 1-Hexadecylamine (HDA) by direct impregnation. By means of SEM, TEM, FTIR, XRD, XPS, DSC, TG, etc., their microstructure, chemical compatibility and thermophysical properties were systematically studied. The DSC results demonstrate that PCM composites exhibit relatively high thermal energy storage density of 214.2 kJ kg−1, 237.5 kJ kg−1 and 239.2 kJ kg−1 respectively. The reliability test shows that the PCM composites retain shape stability and almost no leakage of HDA even after 200 thermal cycles. Compared with the pure component HDA, the thermal conductivity of the as-prepared C-EG-MCS-HDA was improved from 0.147 W m−1 K−1 to 0.667 W m−1 K−1 and EG-MCS-HDA was improved from 0.147 W m−1 K−1 to 0.454 W m−1 K−1 owing to the high thermal conductivity of EG (only 6 wt%). Besides, the light-thermal conversion efficiency of EG-MCS-HDA and C-EG-MCS-HDA is 74.6%, 80.8% respectively. Therefore, the fabricated FSPCMs with high latent heat, good melting/freezing cycles reliability and high thermal conductivity, remarkable light-thermal energy conversion ability which have a broad application prospect in energy conversion and storage devices.

中文翻译：

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用于热能储存的混合粘土基相变复合材料的光热转换效率提高

摘要 为了提高相变材料的储能和转换效率，通过溶液聚合成功构建了一种含有坡缕石（Pal）和埃洛石纳米管（HNTs）的混合粘土海绵（MCS）。膨胀石墨 (EG) 用于提高整体热导率，并使用 EG 碳化 MCS（标记为 EG-MCS、C-EG-MCS）。以它们为支架，通过直接浸渍的方法将有机相变材料1-十六烷基胺（HDA）包封起来，制备了一系列形式稳定的相变材料（FSPCMs）。通过SEM、TEM、FTIR、XRD、XPS、DSC、TG等，系统地研究了它们的微观结构、化学相容性和热物理性能。DSC 结果表明 PCM 复合材料表现出相对较高的热能储存密度，为 214.2 kJ kg-1, 237。分别为 5 kJ kg-1 和 239.2 kJ kg-1。可靠性测试表明，即使经过 200 次热循环，PCM 复合材料仍保持形状稳定性和几乎没有 HDA 泄漏。与纯组分 HDA 相比，所制备的 C-EG-MCS-HDA 的热导率从 0.147 W m-1 K-1 提高到 0.667 W m-1 K-1，并且 EG-MCS-HDA 得到提高由于 EG 的高热导率（仅 6 wt%），从 0.147 W m-1 K-1 到 0.454 W m-1 K-1。此外，EG-MCS-HDA和C-EG-MCS-HDA的光热转换效率分别为74.6%、80.8%。因此，所制备的FSPCMs具有高潜热、良好的熔化/冷冻循环可靠性和高导热性、显着的光热能转换能力，在能量转换和存储装置中具有广阔的应用前景。可靠性测试表明，即使经过 200 次热循环，PCM 复合材料仍保持形状稳定性和几乎没有 HDA 泄漏。与纯组分 HDA 相比，所制备的 C-EG-MCS-HDA 的热导率从 0.147 W m-1 K-1 提高到 0.667 W m-1 K-1，并且 EG-MCS-HDA 得到提高由于 EG 的高热导率（仅 6 wt%），从 0.147 W m-1 K-1 到 0.454 W m-1 K-1。此外，EG-MCS-HDA和C-EG-MCS-HDA的光热转换效率分别为74.6%、80.8%。因此，所制备的FSPCMs具有高潜热、良好的熔化/冷冻循环可靠性和高导热性、显着的光热能转换能力，在能量转换和存储装置中具有广阔的应用前景。可靠性测试表明，即使经过 200 次热循环，PCM 复合材料仍保持形状稳定性和几乎没有 HDA 泄漏。与纯组分 HDA 相比，所制备的 C-EG-MCS-HDA 的热导率从 0.147 W m-1 K-1 提高到 0.667 W m-1 K-1，并且 EG-MCS-HDA 得到提高由于 EG 的高热导率（仅 6 wt%），从 0.147 W m-1 K-1 到 0.454 W m-1 K-1。此外，EG-MCS-HDA和C-EG-MCS-HDA的光热转换效率分别为74.6%、80.8%。因此，所制备的FSPCMs具有高潜热、良好的熔化/冷冻循环可靠性和高导热性、显着的光热能转换能力，在能量转换和存储装置中具有广阔的应用前景。