随着人口的增长和工业的发展，人类社会对能源的需求不断增长，使得能源高效利用系统和技术备受关注。发展先进的储能技术是实现能源高效利用效率的有效途径之一。相变材料（PCMs）作为一种先进的潜热储存技术，在相变过程中以几乎恒定的温度储存和释放热量，在电子、电池、人体和建筑等领域表现出显著的热管理能力。PCMs具有相变潜热高、相变温度范围宽、化学性质稳定等优点，根据其化学成分可分为有机PCMs和无机PCMs。与有机PCMs相比，无机PCMs由于其不燃特性和高导热性，更适合于电池和建筑热管理等特定应用场景。

在无机水合盐中，十水合硫酸钠（SSD）的相变焓高达260 J g^-1，但相对较高的相变温度仍然限制了其在节能建筑热管理领域的应用。为了扩大SSD的应用范围，有必要对其相变温度进行调控。目前，调节SSD相变温度的主要方法大致分为三大类：添加温度调节剂、利用多孔支撑材料的约束作用、与其他水合盐构建共晶结构。使用多孔支撑材料对温度调节作用有限，其制备工艺复杂，同时存在界面问题；构建共晶结构受材料成分的限制。相比之下，加入温度调节添加剂可以连续控制PCMs的相变温度，并且有更多的选择。通常选择含有极性基团的化合物，如尿素、甘氨酸、甲酰胺和甘油，来调节水合盐的相变温度。与有机温度调节剂相比，以KCl、NH₄Cl及其杂化物为代表的无机温度调节剂具有价格低廉、来源丰富、稳定性好、导热性高等优点，是SSD材料相变温度调控的理想选择。

此外，无机水合盐PCMs有两个致命的缺点：过冷和相分离，这严重影响了它们在热管理系统中的应用。一般采用成核剂来抑制无机PCMs的过冷，而解决SSD过冷最简单有效的方法是添加硼砂。为了改善无机PCMs的相分离，常用的增稠剂包括高粘度聚合物添加剂、多孔无机粘度调节剂和气凝胶包封PCMs。硅藻土等多孔无机粘度调节剂价格便宜且分布广泛，但在制备复合PCMs时需要大量的粘度调节剂，这反过来又降低了复合PCMs的相变潜热；气凝胶包封改善了无机PCMs的泄漏和过冷问题，但这种方法复杂且成本高，难以大规模制备无过冷的PCMs。使用高粘度聚合物作为增稠剂，改善无机PCMs的相分离更具优势。纤维素及其衍生物具有大量的官能团结构和大的比表面积，是一种很有前途的低含量、高增稠效率的增稠剂。为了进一步提高无机水合盐PCMs的工作效率，目前主要的解决方案是添加以石墨和氮化硼（BN）为代表的导热填料来增强其导热性。以往的研究主要集中在提高无机盐的导热性，同时保持高储能密度，以提高其工作效率。除了导热系数和储能密度外，相变温度是PCMs的重要特征，特别是当需要精确控制热调节温度时。然而，高储能密度的无机盐，其相变温度通常过高。当相变温度降低时，无机盐的相变焓会急剧降低。因此，在合适的相变温度、良好的导热性和高的储能密度之间取得平衡仍然是一个挑战，对扩大无机盐水合相变材料的应用范围具有重要意义。

本研究提出了一种结合氢键和离子相互作用的新策略，以制备具有高储能密度、可调相变温度和良好循环稳定性的导热复合PCMs，用于高效的热管理应用，为制备综合性能优异的无机水合盐PCMs开辟了一条可行的途径。采用高粘度纳米结构细菌纤维素（BC）作为增稠剂和硼砂作为成核剂分别改善SSD的相分离和过冷。通过优化KCl和NH₄Cl混合盐的比例，可将SSD的相变温度控制在30 ~ 37 °C范围内。少量BN的加入显著提高了复合材料的热导率，同时保证了较高的相变焓。复合PCMs中的水分子和BN通过BC连接，进一步稳定了PCMs，改善了相分离。最后，探讨了所制备的综合性能优异的复合相变材料在热管理领域的潜在应用前景。

X.-Y. Zhang, L.-N. Wang, S.-Z. Li, N. Jang, Y.-Y. Song, J. Yang*, Z. Wei* and W. Yang, Thermally conductive composites with adjustable phase change temperature for efficient thermal management, Journal of Energy Storage, 2025, 116: 116076.

录用时间：2025年2月28日

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.est.2025.116076