一種新型的用于電池熱管理的導熱氣凝膠材料

來源|Journal of Materials Science & Technology

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背景介紹

先進電子設備中的中央處理器(CPU)和射頻(RF)芯片的快速發(fā)展，芯片逐漸向集成化，微型化發(fā)展，導致功率密度的增加，因此使器件在工作的過程中產(chǎn)生大量的熱量。熱量積聚在電子設備中，造成系統(tǒng)溫度過高會嚴重影響運行效率和穩(wěn)定性，因此對散熱性能提出了更高的要求。相變材料(PCM)可以通過相變過程吸收和釋放熱能，基于PCM的熱管理能力，PCM在太陽能儲能、建筑保溫等方面得到了廣泛的應用。有機相變材料，尤其是聚乙二醇(PEG)，因其相變焓高、耐腐蝕、化學穩(wěn)定性高等特點，近年來備受關注。然而，純PEG的低固有導熱系數(shù)限制了其實際應用。更重要的是，當超過臨界溫度時，聚合物會熔化成液體會導致泄漏影響電子設備的穩(wěn)定性。雖然可以通過將PCM嵌入聚合物基體和浸漬多孔材料等方法提高PCM的形狀穩(wěn)定性，但其較低的導熱系數(shù)限制了其在熱管理中的應用。因此，同時實現(xiàn)高導熱、高相變焓和良好形狀穩(wěn)定性的復合PCM仍然具有挑戰(zhàn)性。

02

成果掠影

近日，

蘭州大學拜永孝教授團隊在用于熱管理的復合相變材料方面取得了最新研究進展。

針對相變材料導熱系數(shù)低、易泄漏、熱穩(wěn)定性差等缺點，該團隊提出通過構建仿生葉脈狀三維(3D)結構的氮化硼(BN)并浸漬聚乙二醇(PEG)制備相變復合材料，該材料在低填料含量下，綜合性能得到了明顯提高。聚乙二醇存儲在BN的三維結構中，可以防止高溫下的泄漏，提高復合材料的熱穩(wěn)定性。BN骨架作為聲子傳輸?shù)目焖偻ǖ?，可以有效降低熱阻。當填料用量?0 vol%時，復合PCMs的最高導熱系數(shù)為2.62 W/(mK)，是純PEG的10.1倍。在紅外攝像機下復合PCM表現(xiàn)出了優(yōu)異的電池熱管理性能，這表明該材料在電池熱管理方面具有很大的潛力。

研究成果以“A strategy for constructing 3D ordered boron nitride aerogels-based thermally conductive phase change composites for battery thermal management”為題發(fā)表于《Journal of Materials Science & Technology》。

03

圖文導讀

圖1.采用水熱和浸漬法制備PEG/HBA復合材料。

圖2.(a) BN納米片的AFM圖像，(b)高分辨率BN片層邊緣的TEM圖像，(c) RGO和HBA-10氣凝膠，(d) BN, BN納米片，GO，和HBA-10的XRD曲線，(e) HBA-10的拉曼光譜。(f)HBA-10的應力應變曲線。

圖3.(a)BN, GO和HBA-10的XPS曲線，(b)元素的質(zhì)量百分比，(c-d)GO和HBA-10高分辨XPS譜圖。

圖4.材料的微觀形貌示意圖。

圖5.材料的導熱性能。

圖6.(a)PEG/HBA系列復合材料的DSC曲線，(b)PEG/HBA-10加熱和冷卻50次循環(huán)后的DSC曲線。

圖7.電池的溫度變化示意圖。

END

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審核編輯黃宇