液體電池
關注創建者：tanyong9353 創建時間：2018-10-23
液體電池的實例教程
據美國航空周刊網站2018年8月14日消息,阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory）在參與美國宇航局（NASA）發起的早期可充電液體電池技術調查時表示，采用流體儲能方案的電動飛機，可以同其他采用燃油作為能源的飛機一樣飛行。這種液體電池不存在類似鋰電池受熱失控或起火的風險。
該機構正在研究的納米電燃料（nano-electrofuel，NEF）液流電池可以通過輪緣驅動（rim-driven）電機為飛機提供安全、清潔和安靜的推進動力。這類電池具有如下特征：
●流體可充電電池具有非爆炸性的能量存儲功能
●NEF電池的能量密度高于固態鋰離子電池
●流體重新填充油箱的速度高于電池充電速度
非爆炸性儲能技術源自NASA阿姆斯特朗飛行研究中心主持開展的“用于飛行研究的水系快速充電電池集成項目”（Aqueous Quick-Charging Battery Integration for Flight Research，Aquifer）。NASA格倫研究中心是該項目的聯合首席研究機構。
NEF電池利用液流電池驅動帶正負電荷的充電流體流動。在電池內部，水基流體在離子交換膜的兩側流動，產生電流的方式與燃料電池相同。電池的能量存儲容量受到油箱容積限制，而非電池尺寸，電池的功率是膜面積的函數。
NEF液流電池由伊利諾伊理工學院阿貢國家實驗室及其創業公司Influit Energy開發。該技術將電池活性材料的納米顆粒懸浮在水基液體電解質中，該液體電解質可在用戶定制設計的液流電池單元中多次充電和放電。
該技術使液體能夠在一個裝置中充電，并在另一個裝置中放電，從而將能量和功率分離。
展開 因此，在微孔和較小的中孔中填充高離子強度的離子液體(ILs)是為孔內Pt活性位點提供充足質子傳遞的有效途徑。
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【成果掠影】
離子液體是聚合物電解質燃料電池催化劑層中用于增強氧還原反應的一種很有前景的添加劑。然而，需要對其在實際相關膜電極組裝環境中復雜催化劑層中的作用有基本的了解，以便合理設計高耐用活性的鉑基催化劑。近日，美國加州大學Iryna V. Zenyuk課題組探索了三種高質子導電性和氧溶解度咪唑衍生的離子液體，將它們加入高表面積的炭黑載體中。揭示了離子液體改性催化劑的物理性質和電化學性能之間的相關性，為離子液體在改變催化劑層界面內親水性/疏水性相互作用方面的作用提供了直接證據。通過優化界面設計得到的催化劑在H2/O2，0.9V下質量活性達到了347 A g?1Pt，在1.5 bar H2/air條件下，功率密度為0.909 W cm?2。在0.8 A cm?2條件下，經過30 k加速應力測試循環后，只有0.11 V的電位下降。這種性能歸功于ILs的加入, 使得埋在孔內的鉑的可達，從而大幅提高鉑利用率。
展開 鋰離子電池因其能量密度高、自放電率低、維護要求低、循環壽命長、重量輕、結構緊湊等特點，是目前電動汽車使用最廣泛的電源。然而，鋰離子電池的性能受工作溫度的影響很大。鋰離子電池理想的工作溫度范圍為25 ~ 40℃，不同電池之間的最高溫差小于5℃。在低溫或高溫環境下工作都會導致電池性能下降，壽命縮短，甚至熱失控。因此，一個優秀的電池熱管理系統(BTMS)對于保證鋰離子電池安全高效的運行狀態是非常必要的。
根據冷卻策略的不同，BTMS可分為被動冷卻系統、主動冷卻系統和被動與主動相結合的混合系統。在被動冷卻系統中，沒有任何額外的功耗，但它們也不能控制冷卻系統來改變冷卻速率。在鋰離子電池表面實施特殊的材料或散熱結構，以實現電池與外部環境之間的高傳熱能力。典型的例子包括自然空氣對流，相變材料(PCM)和熱管。
被動空氣冷卻的冷卻能力很低，不適合冷卻高能量密度的鋰離子電池。PCM在融凍過程中能夠儲存和釋放大量的能量，近年來受到越來越多的關注。將PCM裝入BTMS的主要優點是可以實現良好的電池溫度均勻性和靈活的幾何形狀。然而，PCM的低導熱性阻礙了電池的散熱速率，在高速率充放電條件下存在嚴重的隱患。因此開發出具有優異的散熱性能的新能源電車的電池熱管理系統是非常重要的。
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成果掠影
近期，哈爾濱工業大學馮宇教授團隊針對液冷電池熱管理系統(BTMS)取得新進展。由于常見的線性流道結構導致了嚴重的溫度分布不均勻。該團隊提出了一種具有多通道的新型錐形通道散熱器，以提高電池溫度均勻性，降低BTMS的功耗。團隊分析比較了8種不同設計的電池最高溫度和溫差、溫度不均分布參數和功耗性能，同時，分析了延遲冷卻策略對液冷系統溫度均勻性的影響。
展開 【引言】
隨著新能源技術和智能設備在全球范圍內的高速發展，鋰電池和鈉電池的創新研究已成為當前科技領域最引人矚目的焦點之一。不斷突破鋰、鈉電池電化學性能和安全性要求的關鍵在于設計開發更先進的電極、電解質及輔助材料。離子液體是完全由陰、陽離子組成的新型液體軟材料，具有幾乎不揮發、離子電導率高、熱穩定性好、不易燃、電化學窗口寬等獨特性質，不僅為能量/功率密度更高、長周期穩定性和安全性更好的新型電池材料的設計創造了新的機遇，也為已知材料制備方法的革新提供了新的可能。聚離子液體、離子凝膠和離子液體鍵合納米顆粒等離子液體衍生材料在保留離子液體多數特性的同時被賦予了其它優良性能，因而也受到了極大關注。近十年來，涉及離子液體及其衍生材料在鋰、鈉電池領域研究的論文數量始終保持快速增長的趨勢。
【成果簡介】
近日，浙江大學楊啟煒副研究員、邢華斌教授和美國橡樹嶺國家實驗室的Sheng Dai教授團隊合作，在Chemical Society Reviews 上發表了題為《Ionic liquids and derived materials for lithium and sodium batteries》的專題綜述論文，系統總結了離子液體及其衍生材料在鋰/鈉離子電池、雙離子電池、鋰/鈉-硫電池、鋰/鈉-空電池等鋰、鈉電池中的各種應用，涵蓋電極材料制備、液體電解質、固體電解質、電極/電解質界面與集流體等等不同用途，重點介紹了最近三年的研究進展。
展開 將制備好的DN-Ionogel電解質組裝成LiFePO4的半電池，該電池在0.5 C的電流密度下其初始放電比容量為150.5 mAh g-1，庫侖效率為99%。在經過200次循環后，其放電容量仍然保持初始放電容量的98%，同時還有98%的庫侖效率。由DN-Ionogel組裝成的軟包電池可成功點亮二極管(LED)和維持多功能手表工作長達7天以上（圖6）。
圖5 DN-Ionogel的物理性質與電化學性能研究：(a) 力學性能; (b) 熱穩定性; (c) 阻燃性; (d-f) 電解質的電化學性能; (g-h) 電解質的電池應用性能
(圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces)
圖6. DN-Ionogel軟包裝電池應用情況
(圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces)
綜上，聚離子液體電解質可通過形成雙交聯網絡以及構筑雙網絡結構來保證電解質的機械性能和電化學性之間的平衡，而探究聚合物電解質網絡結構的大小與其電化學性能之間的關系，對后期探尋高性能聚合物電解質體系有著重要意義。
原文作者：
1. Ling Liang, Wenfang Yuan, Xianhong Chen and Haiyang Liao
DOI:10.1016/j.cej.2021.130000
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通過精確檢測電池包的密封性能，可以防止電解液泄漏和外部液體滲入，保障電池的安全運行和長久壽命。
發動機及其部件:在新能源汽車制造過程中，發動機的密封性測試是確保發動機性能和耐久性的關鍵環節。良好的密封性不僅影響發動機的工作效率，還直接影響汽車的燃油經濟性和排放水平。通過向氣缸內加壓并監控壓力變化，可以檢測出潛在的泄漏問題。
空調系統:空調系統的氣密性影響制冷效果和能源消耗。
目前市場所銷售的液體電解質電池是利用微孔聚烯烴材料，如聚乙烯或聚丙烯。孔徑為0.03～0.1????，孔隙率為30～50%。聚乙烯材料的低熔點允許它們用作熱熔斷體。當溫度上升到聚合物軟化點時，隔膜開始收縮，孔徑減小，進而影響Li 離子移動，并降低其反應速率。當溫度相繼升高時，隔膜能夠完全閉孔阻斷反應，且低于電池的熱失控閾值。
[8] 張上安.混合動力車用鋰電池組液體冷卻散熱機理研究[D].湖南大學，2013.
[9] 王屹航，楊元凱，謝馳宇，等.電池單體熱分析[J].電子技術，2020,49(05):1-8.
[10] 彭睿，陳吉清，蘭鳳崇，等.車用鋰離子動力電池熱特性及風冷散熱仿真分析.2018中國汽車工程學會年會論文集[C].北京：中國汽車工程學會，2018:489-495.
液體冷卻介質與電池的接觸方式又分為浸沒式、冷板式兩種：
1、
浸沒式液冷，指電池單體或者模塊沉浸在液體中，讓液體直接冷卻電池；
關鍵在于導熱工質，導熱工質目前在系統成本中占比較高。
因此，液體介質的電池熱管理系統同樣不適用于當前電動汽車的電池熱管理。目前電動汽車的電池熱管理系統主要采用復合式的熱管理方式，即由多種導熱材料共同作為介質，如多空介質、相變材料、納米材料、金屬翅片等多種導熱材料配合空氣介質或液體介質。此外，由熱管構成的高效傳熱元件配合空氣、液體、相變材料而組成的復合式熱管理系統也是當電池熱管理領域中的研究重點。
e) Li||固體電解質||液體陰極電池示意圖。f) LLZO 的 CCD 與溫度的關系。g) 半液態金屬鋰陽極和對稱電池示意圖。h) 帶有 Li-Biphenyl-DME 陽極的對稱電池示意圖。
5.自支撐式 SE 薄膜
降低SE 厚度有幾個優點：1）提高重力/體積能量密度。2) 提高功率密度和速率性能。3) 降低 ASSLB 的成本。
免責聲明：文章來源于網絡（陳通,孫國華,王明強等.基于液體的動力電池熱管理系統性能研究[J].電源技術,2019,43(04):658-661.）
免責聲明：文章來源于網絡（陳通,孫國華,王明強等.基于液體的動力電池熱管理系統性能研究[J].電源技術,2019,43(04):658-661.）
來源 | Thermal Science and Engineering Progress
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背景介紹
近年來，由于對化石燃料消耗和尾氣碳排放的日益關注，電動汽車的發展速度顯著加快。鋰離子電池因其能量密度高、自放電率低、維護要求低、循環壽命長、重量輕、結構緊湊等特點，是目前電動汽車使用最廣泛的電源
液體冷卻系統與電池組進行換熱時，能將電池組的熱量迅速帶出電池包，快速實現散熱需求。HUOYutao [7] 等設計了一種基于直流道液冷板對方形鋰離子電池進行冷卻，研究電池放電過程溫升和溫度分布的影響, 結果表明電池的最高溫度隨通道數量和入口質量流量的增加而降低。袁昊[8] 等比較U 型流道不同出口位置、管徑、間距對電池組散熱性能的影響，研究發現進口與出口同側結構的流動分布均勻。
