一种用于电池热管理的高导热复合相变材料 | 碳材料大会

01 背景介绍

电动汽车（EV）和混合动力汽车（HEV）有望取代传统汽车中的汽油，以应对能源危机、化石燃料的过度消耗以及传统汽车相关的碳排放等挑战。在电动汽车和混合动力汽车中，锂离子电池（LIB）因其高电压、高容量和高能量密度而被用作提供能量。然而，电池在工作时会产生热量，这是限制电池系统性能和寿命的重要因素。此外，如果热量不能及时消散会进一步降低电池的电化学性能，积聚的热量在一定阈值上还会引发热失控，导致火灾甚至爆炸。因此，开发高效的电池热管理系统（BTM）对于减轻热积累并将 LIB 的工作温度维持在安全范围内至关重要。

02 成果掠影

近日，广东工业大学闵永刚教授团队采用真空浸渍工艺制备生物质基 CPCM (PPE-0、PPE-10、PPE-30 和 PPE-50)，由硅藻土作为支撑基质、膨胀石墨(EG) 作为添加剂和聚乙二醇 (PEG) 作为相变介质组成。PPE-10 表现出熔化焓 (116.81 J/g) 和结晶焓 (118.44 J/g) 的增强。同时，PPE-10 的热导率为 1.203 W/m·K，分别比 PEG 和 PPE-0 高 4.02 倍和 2.18 倍。此外，对装有制备好的 CPCM 的电池模块进行了 1C 和 2C 放电率下的充电和放电过程。结果表明，装有 PPE-10 的电池模块表现出优异的热管理能力，在 2C 放电率下可将温度保持在 60°C 以下。因此，本研究为开发具有高导热性的生物质基 CPCM 以提高电动汽车电池模块的安全性提供了新的见解。研究成果以“Diatom-based biomass composites phase change materials with high thermal conductivity for battery thermal management”为题发表在《Journal of Energy Storage》。

03 图文导读

图1 (a)CPCMs的设计示意图；(b)为制备的CPCMs工艺示意图。

图2 (a)电池模块和(b)电池热管理系统平台的原理图。

图3 (a)CPCMs泄漏实验形态照片，(b)CPCMs质量损失百分比曲线。

图4 (a)红外图像记录装置示意图；(b)加热过程的温度-时间曲线；(c) PPE-0、(d) PPE-10、(e) PPE-30和(f) PPE-50在加热过程中的红外热图像。