相变潜热储能技术具有储能密度大、能量输出稳定的特点,同时满足节能、低碳和清洁的国家重大需求。在潜热储能系统中,相变储能材料及其应用器件的研究和开发对实现能量的高效利用具有重要意义。相变储能材料中应用广泛的膨胀石墨基复合相变材料是膨胀石墨通过浸渍法吸附相变材料制备的,并在压制成型后应用于相变蓄热器中。但传统的膨胀石墨基复合相变材料存在导热网络交联度低、体积膨胀率高的缺陷,应用在相变蓄热器中容易出现换热速率变慢、体积能量密度降低的问题。为改进以上缺陷,本文通过模压浇筑方法制备出高导热及低膨胀的膨胀石墨基复合相变材料,并应用于新型板式相变蓄热器中。本文首先以压力触发自组装的方法构建了新型3D多孔石墨体系,可以得到二次构筑的膨胀石墨块体,并在饱和吸附石蜡后制备出石蜡/膨胀石墨复合相变材料。XRD分析、冲击强度和电导率测试结果表明该复合相变材料具有致密的空间结构和发达的连续网络。碳骨架的连续交联网络使材料的导热系数高达15.66 W·m-1·K-1,体积膨胀率低于1%,比传统浸渍法制备的膨胀石墨基复合相变材料的导热系数提高了2.8倍,体积膨胀率降低了16倍。为进一步探究导热性能的增强机理,从多孔材料的现有导热模型出发,对Maxwell-Eucken模型进行修正后得到了一种基于膨胀石墨基体网络相互作用和渗透阈值的新导热模型,预测结果与实验数据相符。新型石蜡/膨胀石墨复合相变材料在200次冷-热循环后相变焓和导热系数基本保持不变,具有良好的热稳定性和快速的热响应能力,在相变蓄热器中具有广阔的应用前景。为了探究3D多孔石墨体系复合相变材料在相变蓄热器中的换热性能,本文进一步将膨胀石墨基复合相变材料与板式相变蓄热器相耦合,设计出具有工业应用可行性的潜热储能设备。通过数值模拟方法进行研究,首先对板式相变蓄热器的结构进行了设计和优化,以多板串联的排布方式取代了传统的平板并联方式,优化出圆角过渡方式和20板紧密分布结构。比较了模压浇筑方法和传统浸渍法制备的两种复合相变材料在板式相变蓄热器中的蓄放热性能,从中优选出导热系数为9.465 W·m-1·K-1、相变焓为147.9 J·g-1的复合相变材料作为最佳填装材料。探究了不同操作条件下蓄放热过程的换热性能,并基于换热结果进行了能量分析和?分析,结果表明随着换热流体质量流量和温度以及复合相变材料初始温度的增大,蓄放热速率明显提升;随着质量流量的增大,蓄放热过程的能量效率和?效率逐渐降低;随着蓄热过程中换热流体温度的升高和放热过程中复合相变材料初始温度的降低,能量效率和?效率随之增大。因此在实际的工况选择上需进行综合考量。