一種用于電池?zé)峁芾淼氖鶑?fù)合相變材料

來源|Journal of Energy Storage

01背景介紹

預(yù)計到2030年，電動汽車市場預(yù)計將超過130萬輛。鋰離子電池(LIBs)作為電動汽車儲能的核心部件被廣泛使用。然而，工作溫度嚴(yán)重影響LIBs的性能。電池組過熱、過冷或溫度分布不均勻可能導(dǎo)致系統(tǒng)過早失效，甚至發(fā)生火災(zāi)和爆炸。因此，為了安全高效的運行，LIB電池組需要配備優(yōu)秀的熱管理系統(tǒng)。

相變材料作為被動冷卻方法之一，可以作為熱管理介質(zhì)。當(dāng)固液轉(zhuǎn)變發(fā)生時，PCM可以吸收相當(dāng)大的潛熱，同時保持相變區(qū)溫度穩(wěn)定，為電池提供舒適均勻的溫度條件。然而，大多數(shù)PCM的傳熱性能較差，并且從固體到液體的相變不可避免地會導(dǎo)致液體泄漏，這兩個問題是PCM大規(guī)模實際應(yīng)用的瓶頸。

為解決這兩個問題，曾嘗試添加填料和封裝材料。在這些添加劑中，膨脹石墨(EG)是最有前途的。通過化學(xué)插層和熱剝離制備的EG具有多孔和蠕蟲狀的形態(tài)，在導(dǎo)熱路徑構(gòu)建和防漏封裝方面效果優(yōu)異。但是EG/PCM材料的機械強度脆弱，此外EG一旦與鋰離子電池的正負(fù)極接觸，可能會使電池處于短路的危險之中。因此，為了在電池?zé)峁芾碇械玫礁?、更安全的?yīng)用，EG/PCM的機械性能和介電性能有待進一步提高。

02成果掠影

近期，華南理工大學(xué)的張正國教授團隊針對用于電動汽車熱管理的膨脹石墨(EG)基復(fù)合相變材料(PCMs)的高導(dǎo)電性和較差的適應(yīng)性問題取得新的進展。

該團隊合成了一種具有高電阻率和柔性的新型復(fù)合相變材料(CPCM)，用于廣泛的電池?zé)峁芾?。天然橡膠在膨脹石墨和OP44E PCM之間形成了柔性絕緣網(wǎng)絡(luò)。CPCM具有較高的儲能密度(156.5 J/g)、較高的電阻率(2700Ω?cm)和優(yōu)異的導(dǎo)熱系數(shù)(3.4 W/mK)。此外，CPCM的柔韌性和形狀適應(yīng)性可以在室溫下實現(xiàn)，特別是在發(fā)生相變時得到提升。由此產(chǎn)生的CPCM通過在3℃高倍率放電循環(huán)下將電池組的工作溫度保持在45℃以內(nèi)，溫差保持在2℃以內(nèi)，顯示出高效率和熱管理的可靠性。該工作為高效熱管理相關(guān)應(yīng)用提供了一個有希望的選擇。

研究成果以“Introducing a flexible insulation network to the expanded graphite-based composite phase change material to enhance dielectric and mechanical properties for battery thermal management ”為題發(fā)表于《Journal of Energy Storage》。

03圖文導(dǎo)讀

圖1.CPCM樣品的制備流程。

圖2.實驗裝置示意圖。

圖3.材料的微觀結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4.不同樣品的泄露實驗前后對比。

圖5.材料的FT-IR圖像與XRD圖像。

圖6.材料的熱物性數(shù)據(jù)。

圖7.材料的力學(xué)性能。

圖8.材料的微觀結(jié)構(gòu)示意圖。