來源 | Journal of Energy Storage  

01 背景介紹

預計到2030年，電動汽車市場預計將超過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致系統過早失效，甚至發生火災和爆炸。因此，為了安全高效的運行，LIB電池組需要配備優秀的熱管理系統。

相變材料作為被動冷卻方法之一，可以作為熱管理介質。當固液轉變發生時，PCM可以吸收相當大的潛熱，同時保持相變區溫度穩定，為電池提供舒適均勻的溫度條件。然而，大多數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致液體泄漏，這兩個問題是PCM大規模實際應用的瓶頸。

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。通過化學插層和熱剝離制備的EG具有多孔和蠕蟲狀的形態，在導熱路徑構建和防漏封裝方面效果優異。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，為了在電池熱管理中得到更好、更安全的應用，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)基復合相變材料(PCMs)的高導電性和較差的適應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合相變材料(CPCM)，用于廣泛的電池熱管理。天然橡膠在膨脹石墨和OP44E PCM之間形成了柔性絕緣網絡。CPCM具有較高的儲能密度(156.5 J/g)、較高的電阻率(2700Ω?cm)和優異的導熱系數(3.4 W/mK)。此外，CPCM的柔韌性和形狀適應性可以在室溫下實現，特別是在發生相變時得到提升。由此產生的CPCM通過在3℃高倍率放電循環下將電池組的工作溫度保持在45℃以內，溫差保持在2℃以內，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應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 ”為題發表于《Journal of Energy Storage》。

03 圖文導讀

圖1.CPCM樣品的制備流程。

圖2.實驗裝置示意圖。

圖3.材料的微觀結構示意圖。

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.材料的熱物性數據。

圖7.材料的力學性能。

圖8.材料的微觀結構示意圖。

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