相变储热技术广泛应用于太阳能热利用、建筑节能以及工业余热回收利用等领域,对于能源节约与合理利用有积极推动作用。但相变材料存在易泄露、导热系数过低等缺点,部分相变材料的制备成本高、热稳定性差及能量密度低,这些问题使得相变储热技术的应用与发展受到很大程度的限制。本文面向应用需求,以膨胀石墨(EG)为支撑基体,负载不同类型的相变材料,构筑膨胀石墨基复合相变储热材料,实现了储热性能的调控,并开展了其在无水箱太阳能热水系统、建筑采暖和电-热转换与储存等领域的应用研究。(1)实现了硬脂酸/膨胀石墨复合材料在无水箱太阳能热水器系统中的应用。以硬脂酸(SA)为相变储热介质,通过浸渍法制备了 SA/EG复合相变储热材料。对比复合前后材料的微观形貌、晶体结构和化学成分,证实了 SA被成功装载至EG中,且具有良好的化学稳定性。纯SA、SA/EG2、SA/EG6和SA/EG10的熔融相变潜热分别为189.7、171.9、163.5和154.2 J g-1,导热系数分别为0.26、0.75、2.50和3.56 W m-1 K-1。太阳能热水器性能评估实验表明随着膨胀石墨含量的提高,储热和放热速率显著提升,相比于SA,SA/EG2、SA/EG6和SA/EG10的储热时间分别减少了 15.7%、63.3%和72.3%。(2)阐明了调控十水硫酸钠/膨胀石墨复合材料储热行为的机理。以无机水合盐十水硫酸钠(SSD)为相变储热介质,通过添加成核剂、增稠剂等(CBO)使过冷度由27.31℃降至5.99℃,且与膨胀石墨复合后的SSD-CBO/EG复合材料无相分离现象,过冷度抑制情况良好,各成分间无化学反应产生。SSD-CBO/EG复合材料的熔融潜热值为114.0～123.6 J g-1,导热系数为1.25～1.96 W m-1 K-1。SSD-CBO/EG7经50次DSC热循环后熔融潜热值降低9.16%。SSD-CBO/EG复合材料的储热速率提升24.1%～36.2%。通过研究膨胀石墨对SSD-CBO储热行为的影响,验证得到膨胀石墨越多,放热闭环越弱,建立了膨胀石墨与复合材料储热行为之间的关系。应用性能评估实验表明导热性能的提升有助于提升储热板温度的均匀分布和环境热辐射能力。(3)提出了正二十烷/膨胀石墨复合材料用于电-热转换与储存的新方法。采用膨胀石墨、多层石墨烯两种高导热基体负载正二十烷,制备复合相变储热材料。研究结果表明,膨胀石墨、多层石墨烯对正二十烷的最大负载量分别为86.47 wt.%和56.98 wt.%;当支撑基体添加量均为15 wt.%时,C20/EG15和C20/MLG15的熔融和冷却潜热值分别为 199.4 J g-1 和 199.2 J g-1,215.0 J g-1 和 214.8 J g-1。50 次DSC热循环后C20/EG15和C20/MLG45的熔融潜热值分别变化了 0.28%和0.07%;C20/MLG45、C20/EG15和C20/EG45复合材料具有一定的电-热转换性能,当施加电压为1.9 V时,复合材料的电能-潜热转换效率分别为59.9%、54.5%和38.3%。本文基于能源、材料、矿物等学科交叉思想,挖掘膨胀石墨储热特征,以膨胀石墨为支撑基体负载有机和无机相变储热材料,实现了相变储热材料的性能调控,开展了膨胀石墨基复合相变储热材料的应用基础研究,发掘了膨胀石墨基复合相变储热材料的应用潜力,为高性能、低成本相变储热材料的制备与应用提供了新思路。