相變材料冷卻的案例
基于comsol的鋰電池組電化學耦合風冷相變分析 ￥2500
案例討論了不同的相變溫度對系統冷卻效果的影響，發現相變溫度不同，并不會影響系統最終的穩定溫度；在相變溫度附近開啟液冷系統輔助冷卻，冷能被相變材料吸收，系統溫度穩定維持在相變溫度。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/201910/imgs/84abe0f708e04222b72f0a3dbf6bad16.jpeg">四周相變材料，A、B方向有水冷管道</p><p><br></p><p>相變材料冷卻系統，對于鋰電池冷卻來說，還是一種新的冷卻方式，研究案例不多，并且主要以仿真為主。相變材料，由于相變潛熱是物質的天然屬性，想要有質的提高，需要的周期比較長。就目前的材料看，大功率鋰電池系統單獨使用相變冷卻，不太可能達到冷卻要求。但小功率系統，出于減小系統溫差，延長電池壽命的目的，在原來自然冷卻的基礎上，應用相變材料冷卻系統，效果會比較理想。</p><p><br></p><p><br></p><p>參考</p><p>1 靳鵬超，一種使用相變材料的新型電動汽車電池熱管理系統</p><p>2 尤若波，相變材料在動力電池熱管理中的應用研究</p><p>3 魏增輝，基于相變材料和液冷的LiFePO_4電池包熱管理研究</p><p>4 施尚，鋰電池相變材料_風冷綜合熱管理系統溫升特性</p><p>5 鄧元望，混合動力車用鋰電池相變材料_空氣耦合散熱</p><p>6 金標，泡沫銅_石蠟復合相變材料的車用動力鋰電池散熱分析</p><p>7 南爵，相變散熱在鋰離子電池熱管理中的應用</p><p>8王子晨，泡沫鋁_石蠟復合相變材料蓄熱實驗研究</p><p>（轉載：<a href="http://baijiahao.baidu.com/s?
展開 一種用于電池熱管理的石墨基復合相變材料
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。
展開 用于增強相變冷卻的液體超擴散助推高性能噴射流沸騰技術
圖4 基于超擴散增壓射流沸騰表面的相變冷卻性能及應用。
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用于電池熱管理的高導熱柔性復合相變材料
根據傳輸介質的不同，目前已深入研究了空氣冷卻、液體冷卻和相變材料（PCM）冷卻三種冷卻方法。在這些方法中，空氣和液體冷卻作為主動冷卻方法通常需要額外的設備、大空間、高消耗并且增加電動汽車的重量。相比之下，PCM作為被動冷卻方法，具有潛熱高、無需額外動力設備、成本低等優點，近年來備受關注。復合相變材料（CPCM）作為被動電池熱管理系統（BTMS）仍然面臨著易泄漏、高剛性和低導熱率等諸多挑戰。
02
成果掠影
近期，廣東工業大學材料與能源學院李新喜老師團隊提出了一種具有高抗滲漏和導熱性能的多功能柔性CPCM，利用聚乙二醇和六亞甲基二異氰酸酯的聚合和交聯反應從本質上解決了CPCM的滲漏問題。結果表明，CPCM表現出優異的抗滲漏和彈性性能。
特別是在3wt%氮化鋁和 2 wt% 碳納米管的協同作用下，CPCM的導熱系數明顯提高了2.8倍。此外，采用多功能柔性CPCM的電池模塊即使在1.5C放電倍率下最高溫度也能控制在45℃以下，相應溫差保持在4.3℃以內。憑借這些優異的性能，多功能柔性PEAC可以為提高應用中電池組的熱安全性提供有效的解決方案，這將顯著促進電動汽車的發展。
研究成果以“Multifunctional flexible composite phase change material with high anti-leakage and thermal conductivity performances for battery thermal management”為題發表于《Journal of Energy Storage》。
展開 
淺析汽車動力電池包的組成、成組技術及成組效率對比
熱管理系統
當前主流的冷卻方式，已經轉變為液冷以及相變材料冷卻。相變材料冷卻可以配合液冷一起使用，或者單獨在環境不太惡劣的條件下使用。另外還有一種當前國內仍然較多應用的工藝，灌膠。這里灌得是導熱系數遠大于空氣的導熱膠。由導熱膠將電芯散發的熱量傳遞到模組殼體上，再進一步散發到環境中。這種方式，電芯再次單獨替換不太可能但也在一定程度上阻止了熱失控的傳播。
對于液冷，冷板與液冷水管正是液冷系統的組成部件。動力電池模組由電芯層疊而成，而電芯間有間隔排布的冷板，其保證每個電芯都有一個大面接觸到冷板。在液冷技術應用中，必須考慮液冷板的固定，密封性，絕緣性等。
6）電氣設計
動力電池模組的電氣設計包含低壓和高壓兩個部分：
1）低壓設計。在低壓設計時一般需要考慮以下幾個方面的功能：
①通過信號采集線束，將動力電池電壓、溫度信息傳輸到動力電池模組從控板或動力電池模組控制器，動力電池模組控制器設計有均衡功能（主動均衡或者被動均衡或者二者并存）。
②少量的繼電器通斷控制功能可以設計在從控板上，也可以設計在動力電池模組控制器上。
③通過CAN通訊連接動力電池模組控制器和主控板，將動力電池模組信息傳遞出去。
2）高壓設計。高壓設計主要是電芯與電芯之間的串并聯，以及動力電池模組之間的連接導電方式設計，一般模組之間只是考慮串聯方式。這些高壓連接需要達到兩個方面的要求：
①電芯之間的導電件和接觸電阻分布要均勻，否則單體電壓檢測將受到干擾。
展開 COMSOL相變傳熱模型 附COMSOL與MATLAB連接步驟下載
1.研究背景
相變材料具有在一定溫度范圍內改變其物理狀態的能力。以固－液相變為例，在加熱到熔化溫度時，就產生從固態到液態的相變，熔化的過程中，相變材料吸收并儲存大量的潛熱；當相變材料冷卻時，儲存的熱量在一定的溫度范圍內要散發到環境中去，進行從液態到固態的逆相變。在這兩種相變過程中，所儲存或釋放的能量稱為相變潛熱。物理狀態發生變化時，材料自身的溫度在相變完成前幾乎維持不變，形成一個寬的溫度平臺，雖然溫度不變，但吸收或釋放的潛熱卻相當大。
2. 模型介紹
如圖1幾何模型示意圖所示。相變材料的相變溫度為320K，熱流體入口的流速為0.1m/s，入口溫度為380K，熱流體壁厚為0.005m，模型計算過程中考慮了相變材料熔化過程中的溫差驅動以及體積力作用。
圖1 幾何模型示意圖
3. 物理模型及邊界條件設置
本模型主要采用COMSOL 6.0軟件中的層流、流體傳熱以及非等溫流動多物理場模塊，其中流體傳熱添加了相變材料。詳細的物理模型及邊界條件設置如圖2所示。
圖2 詳細的物理場選擇及邊界條件設置
4. 結果展示
圖3 熱管流體的流速云圖
圖4 模型區域的溫度分布
圖5 模型相體積分布
圖6 相體積動態變化
圖7 相變指示器
備注：本計算模型求解過程中，最終78%左右的相變材料發生相變。z
下載地址：COMSOL與MATLAB連接步驟
展開 材料性能例如：彈性模量，隨坐標或時間或空間變化系列2-相變、潛熱、材料成分變化
<p><img src="https://img.jishulink.com/upload/201805/1526958274444_blob.png" alt="blob.png"></p><p>本文是緊接上個帖子的內容，對usdfld子程序采用了另外一種編寫方法，并且對應力和應變的結果進行了對</p><p>比，兩者結果完全一致，這表明兩種不同的編寫方法都是正確的，而且達到了非常一致的結果，本貼的內容將為模量隨坐標的模擬提供另一種新的思路，具有很重要的指導意義。</p><p>ABAQUS斷裂模擬收徒 ，保證快速學會各種ABAQUS斷裂模擬方法 1200/人（將享有各種插件以及程序，價值3000+、專門定制視頻、全程親自教學、各種模型調試及解答問題等等，傾囊相教）</p>
展開 材料性能例如：彈性模量，隨坐標或時間或空間變化系列1-相變、潛熱、材料成分變化 ￥299
<p>材料的彈性模量有時候隨坐標是變化的，例如梯度涂層等，這個時候就需要借助子程序來實現了，下面是成功的模型結果</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/201805/1526905570330_blob.png" alt="blob.png" height="266" width="673"></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/201805/1526905796063_blob.png" alt="blob.png" height="336" width="335">模量隨y坐標變化的模型的狀態變量</p><p>無梯度代表著均勻模量模型，有梯度代表模量從下到上隨y坐標變化（如果想讓它隨x坐標也變化，可以修改程序，很簡單）</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/201805/1526905703702_blob.png" alt="blob.png"></p><p>模量隨y坐標成拋物線變化，底端固定，上面施加拉伸載荷</p><p>結果分析：</p><p>1 狀態變量值的大小代表了模量的大小（程序中設置E與狀態變量是線性關系），從狀態變量的云圖結果可以看出，底端模量最小，SDV2值最小，隨著y增加，開始增加很慢，然后增加速率增大，頂端的SDV2值最大，由此可知，模量隨y拋物線變化程序是沒有問題的；</p><p>2 從y反向的彈性應變也可以看出：對于均勻的彈性模量模型，因為總體模量都是200GPa，所以相同的拉伸載荷之后，y方向的彈性應變更大，這也印證了程序的正確性；</p><p>以下打包文件中包含源程序和例子：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload
展開 相變過程材料的熱導率
熱導率是材料的基本物理屬性之一，在很多領域起著重要甚至決定性的作用。具有高熱導率的材料常在散熱方面用途廣泛，而具有低熱導率的材料則主要應用于隔熱領域。熱導率的定義以及測量均需要絕熱條件，即材料和環境之間無能量交換，熱量只能沿著材料從高溫傳導至低溫。目前材料熱導率的測試技術已相當成熟，特別針對塊體材料，熱導率相關參數的測量均已有國際和國家標準，以及成熟的商用儀器。
相變是很多材料具有的一項特性。相變材料在固態存儲、光電開關、能量轉換等領域具有廣泛的應用。眾所周知，發生相變時，材料和環境之間存在顯著的能量交換，會與熱量的傳遞強烈耦合。因此，材料相變過程中熱導率的理解和測量顯然不同于絕熱條件下的情形，是一個未知而又非常基礎和重要的科學問題。對該問題的研究有望帶給人們新的認識并推動相關的應用。
特別在現階段，針對材料相變過程中的熱導率，出現了很多不一致甚至完全相對立的理解和實驗數據。例如，Cu2S、Ag2S等具有一級相變，其電性能在相變時不存在拐點，很平滑地從低溫相變化至高溫相，但它們的熱導率卻出現了反常的拐點，在相變時低于低溫相和高溫相的數值；即使對具有二級相變的Cu2Se，采用直接測量的熱容值和杜隆珀替Dulong-Petit理論熱容值分別計算得到的熱導率，在相變區域具有截然相反的變化趨勢。
展開 材料性能例如：彈性模量，隨坐標或時間或空間變化系列3（圓柱坐標系）-相變、潛熱、材料成分變化
<p>有的時候我們需要材料模量隨坐標變化來形成梯度變化的材料，前面已經介紹了材料的模量在總體坐標系（直角坐標系）下隨xy坐標的變化，但是在某些特殊情況下，我們需要材料環向均勻，徑向漸變，這在很多工程研究中都是常見的，下面我們仍然借助之前的子程序，改變編寫過程，實現模量在圓柱坐標系下的改變，下面給出例子。</p><div contenteditable="false" width="100%"><img src="https://img.jishulink.com/upload/201806/1528006192252_1.jpg" title="1.jpg" alt="1.jpg" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/201806/1528006192252_1.jpg?image_process=/format,webp" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/201806/1528006192252_1.jpg?
展開 有機相變材料（PCM）應用于海水淡化的數值仿真模型 ￥1500
有機相變材料（PCM）的低熔點使其成為存儲太陽能的理想選擇。然而，有機PCM弱光熱、導熱性能嚴重阻礙了其實際應用。研究表明，向有機PCM中添加納米顆粒可以有效改善其光熱性能，但許多納米顆粒成本高昂，難以合成，且加入納米顆粒后，有機PCM潛熱下降顯著。由于NTP最初是在海水淡化中提出的，尚未引入PCM，本案例將有機相變材料PCM應用于海水淡化中，建立了一二維幾何模型，如圖1所示。
圖1 幾何模型
模擬得到PCM作用下的海水淡化過程中的溫度場、速度場、相對濕度場以及PCM材料中的液相率的變化，仿真結果如下圖所示。
圖2 溫度場變化
圖3 速度場變化
圖4 相對濕度場變化
圖5 PCM液相率變化
感興趣的朋友，歡迎交流模型！
展開 
一種用于熱管理的柔性相變薄膜材料
目前，空氣冷卻、液體冷卻、熱管冷卻等技術已應用于熱管理。然而，單一的主動冷卻技術的熱管理還不能滿足需求，并且這些主動冷卻技術的級聯增加了系統的復雜性和操作難度。因此，開發一種緊湊、安全的熱管理技術是至關重要和迫切的。
相變材料(PCMs)可以通過改變自身的物理狀態來儲存或釋放熱能，并在一定時間內保持溫度恒定，它們已被用作電池熱管理或熱失控抑制的有效工具。然而，PCM熱管理不可避免的問題是它的泄漏問題。
為了解決這一問題，提出了多種制備形狀穩定的復合相變材料的方法。然而，這些復合PCM在固態下通常是剛性的，不能很好地貼合在熱器件表面，增加了界面熱阻和安裝難度。然而，目前使用的PCM在實際應用中，由于其固有的剛性、易脆性破壞和不可回收性，導致其相互接觸不良、熱接觸電阻高、使用壽命短。為了克服這些問題是目前研究的重點方向之一。
02
成果掠影
近期，中國科學院大連物理化學研究所史全教授在開發具有柔性的熱管理相變材料取得新的成果。該團隊開發了一種具有高轉變焓的柔性自愈相變膜，該相變膜具有較高的儲能密度、良好的柔韌性和自愈能力。實驗結果表明在98.7℃的相變溫度下，相變膜具有優異的彈性，相變焓高達191.5 J/g。值得注意的是，由于氫鍵的可逆性，柔性相變膜具有良好的自修復能力，其自修復效率高達91.1%。此外，還將相變膜附著在加熱平臺表面，以評估其在熱管理方面的潛力。該柔性自愈相變膜在不同升溫速率下均能保持高效的熱管理能力，具有發展先進熱管理技術的巨大潛力。
展開 一種用于電子器件熱管理的柔性相變材料
因此，開發提高散熱效率的熱管理材料具有重要的意義。
相變材料(Phase change materials, PCMs)作為一種高效的熱管理材料，可以通過固-液相變過程吸收和釋放熱量。然而，PCMs存在漏液、導熱系數低、剛性強等固有缺陷，嚴重制約了其進一步的實際應用。大多數PCMs都表現出脆性和易碎性。當用作散熱器和加熱元件之間的熱界面材料(TIMs)時，這種現象會產生不可忽略的熱阻，從而對電子器件的熱管理效率產生不利影響。
柔性PCMs被認為是與物體接觸且能夠承受某些變形(例如，彎曲，拉伸和壓縮)的材料。雖然目前的PCMs具有優異的形狀穩定性和柔韌性，但由于難以加入導熱填料，其導熱性仍然有限。因此，當PCMs用作TIMs時，對靈活性和增強導熱性的要求仍然具有挑戰性。
02
成果掠影
近期，西南交通大學王勇和祁曉東團隊針對開發用于電子器件熱管理的柔性導熱相變材料取得最新進展。本文制備了聚二甲基硅氧烷/石蠟/氮化硼(PDMS/PW/BN)相變復合材料。首先通過刮削獲得BN沿平面(x-y方向)的排列，然后通過熱壓縮和滾切誘導BN沿平面(z方向)排列。因此，PW被交聯的PDMS/BN網絡包裹，從而形成與天然木材相似的年輪結構。年輪結構有效地避免了PW的液體泄漏，從而顯示出高達98%的高尺寸保留率。BN網絡的垂直取向使PCM在BN負載為13.0 wt%時的通平面導熱系數提高到2.16 W/mK，與PDMS/PW相比，顯著提高了943%。通過觸發PW的熔融結晶轉變，pcm表現出可調諧的導熱性。原位x射線衍射表明，BN網絡重排發生在相變過程中。在實際工作芯片上和有限元仿真中，驗證了PCMs具有良好的熱管理能力。
展開 一種用于鋰離子電池熱管理的相變材料
相變材料 (PCM) 是 TES 的重要候選材料，因為它在相變過程中具有高潛熱和窄的溫度波動。然而，導熱系數低和形狀穩定性差嚴重阻礙了相變材料的大規模應用。將多孔碳質材料和相變材料集成形成形狀穩定的復合相變材料（ss-CPCM），為這一挑戰提供了一種適用、簡便且簡單的解決方案，這歸因于碳的優異性能，包括高導熱性，比表面積大，與各種相變材料具有良好的化學相容性。因此，CPCM 在 TES 以及熱管理方面顯示出巨大的潛力，例如電子設備和電化學儲能系統。對于電化學儲能的熱管理系統，研究人員進行了大量的探索，并通過實驗和模擬提出了各種解決方案。
碳納米管（CNT）作為碳的重要同素異形體，具有長圓柱形結構，直徑為一至數十納米，長度為幾微米至幾厘米。在過去的幾十年里，碳納米管在相變材料領域展現出了巨大的潛力，為相變材料所面臨的各種挑戰提供了有效的解決方案，例如導熱系數低、形狀穩定性差、光穩定性差等。為了進一步提高CPCM的性能，人們提出并不斷探索改性碳納米管。
02
成果掠影
近期，西安交通大學王秋旺教授團隊基于金屬有機框架（MOF）制備了高度取向的含氮碳納米管（N-CNT）。然后以所合成的N-CNT為支撐材料、二十二烷為功能材料制備了N-CNT/二十二烷復合PCM（CPCM）。結果表明，通過與 N-CNT 結合，二十二烷的形狀穩定性顯著增強。CPCM 擁有導熱系數達到0.5286 W·m
-1·k
-1。此外，CPCM在20次熔化-冷凍循環后表現出優異的循環性能，具有超高的潛熱保留率（熔化過程為99.95％，冷凍過程為99.94％）。在充放電循環性能測試中，采用CPCM薄膜后，鋰離子電池的最高溫度降低了約2℃。
展開 氣凝膠相變隱身復合材料！
量子阱、電致變色染料、相變材料等能夠動態調控紅外輻射，然而，在調諧過程中通常需要持續耗電，且響應速度慢、可調范圍窄、柔韌性差。此外，通過調控溫度可實現紅外隱身，然而隔熱毯等材料一般都比較厚重，易導致熱量積聚。可見，有效地隱藏目標，使其對熱紅外探測器不可見仍然面臨巨大挑戰。
中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所張學同研究員領導的氣凝膠團隊制備了一種具有高孔隙率（ 98% ）和高比表面積（ 365.99 m 2 /g ）的柔性氣凝膠薄膜，通過溶解杜邦 TM 的 Kevlar 獲得納米纖維溶膠，再經刮刀涂布、溶膠 - 凝膠及后續的冷凍干燥過程獲得 Kevlar 氣凝膠薄膜。該氣凝膠具有優異的隔熱性能，室溫環境下，熱導率約為 0.036 W/m K ， 200μm 厚的氣凝膠薄膜覆蓋在 300°C 的熱源上，氣凝膠表面溫度僅為 220°C ，溫差達到了 80°C 。 與 相變材料聚乙二醇復合并進行疏水化處理，制備出氣凝膠 / 相變復合薄膜，該相變復合薄膜：（ 1 ）相變焓高達 179.1 J/g ；（ 2 ）紅外發射率與多數環境背景匹配；（ 3 ）在 3μm-15 μm 紅外波段具有超低紅外透過率。在室外環境（如光照）下，用該復合薄膜覆蓋無發熱物體，可實現紅外隱身。對持續發熱物體（比如發動機），提出了氣凝膠隔熱層與相變復合薄膜疊加的組合結構： Kevlar 氣凝膠薄膜具有優異的隔熱性能，根據目標與環境之間的溫度差異，選擇合適層數或者厚度的氣凝膠層，可將溫度降低至與環境溫度匹配；相變復合薄膜具有低紅外透過率，高溫目標發射的紅外光無法透過。因而覆蓋這種組合結構的高溫目標在紅外照片中也能實現紅外隱身。
根據使用場景，選用匹配的氣凝膠 / 相變復合薄膜，或者組合結構，即可實現紅外隱身，如圖 1 所示。
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