新能源汽車EV電池?zé)峁芾硇滦蛷?fù)合相變材料

一、背景介紹傳統(tǒng)燃油汽車存在著高能耗、溫室氣體排放、發(fā)動機(jī)噪聲污染等問題，對環(huán)境影響很大。在能源短缺、環(huán)境污染嚴(yán)重的情況下，節(jié)約能源、減少排放，用清潔能源替代傳統(tǒng)化石燃料迫在眉睫。清潔能源（氫氣、高級醇類、甲烷等）和能量轉(zhuǎn)換器等常見的節(jié)能手段近些年都取得了很多研究成果。鋰能作為一種很有前途的儲能方式，也在逐步完善，逐漸在汽車行業(yè)占據(jù)重要地位。鋰電儲能具有能量密度高、循環(huán)性能好、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。作為單體電池，軟包裝鋰離子電池具有優(yōu)異的儲能效果，并且廣泛應(yīng)用于電動汽車、儲能電站等領(lǐng)域。但是，如果在充放電過程中散熱不及時，電池可能會出現(xiàn)膨脹、漏電等現(xiàn)象，存在自燃等事故的危險。因此，有必要對鋰電池進(jìn)行熱管理。固液相變材料具有成本低、腐蝕弱、相變潛熱高等優(yōu)點。通過相變過程，可以儲存和釋放能量，在電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。相變材料的存在會使電池組的溫度分布更均勻，減少過熱現(xiàn)象。然而，純相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)普遍較低。近年來，金屬有機(jī)骨架(MOF)受到了廣泛的關(guān)注，它具有比表面積大、孔隙率高的優(yōu)點，是一種有效的相變材料封裝載體。MOF材料是制備多孔碳的理想模板，將MOF衍生的多孔碳與碳基材料復(fù)合作為相變材料載體是優(yōu)化復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)的一種可行的方法。但是目前關(guān)于這方面的報道較少，目前新能源行業(yè)飛速發(fā)展，開發(fā)一種用于新能源電池方面的復(fù)合相變熱管理材料迫在眉睫。

二、成果掠影

近期，左紅艷教授團(tuán)隊在用于新能源電池?zé)峁芾淼膹?fù)合相變材料方向取得新進(jìn)展。團(tuán)隊設(shè)計了一種用于電池?zé)峁芾淼男滦蛷?fù)合相變材料，通過對月桂酸(LA)的吸附，可以得到形狀穩(wěn)定的LA/EG@HPC復(fù)合相變材料。載體的BET表面積為15.9326 m2/g，孔徑分布以中孔和大孔為主。載體的三維結(jié)構(gòu)可以為LA提供連續(xù)的分層換熱網(wǎng)絡(luò)通道。復(fù)合相變材料的負(fù)荷率可達(dá)70%，導(dǎo)熱系數(shù)為2.546 W/(m.K)，是純LA的8.4倍。此外，目前用于相變材料載體的MOF材料都是通過反應(yīng)釜合成的。該團(tuán)隊采用的熱溶劑法可大大提高單次合成效率，操作簡便。實驗結(jié)果表明復(fù)合相變材料在電池?zé)峁芾矸矫姹憩F(xiàn)出優(yōu)異的性能。在不同速率的放電測試中，電池包的最高溫度比沒有熱管理的電池包降低了13.4℃，電池溫差降低了1-1.5℃，工作溫度遠(yuǎn)低于安全溫度50℃。循環(huán)試驗中，DST條件下復(fù)合相變材料組溫度波動降低45%，高功率條件下電池溫度保持在安全溫度以下，具有顯著的熱管理效果。該研究成果為新能源電池?zé)峁芾聿牧咸峁┬碌难芯克悸贰?u>研究成果以“EG@Bi-MOF derived porous carbon/lauric acid composite phase change materials for thermal management of batteries”為題發(fā)表于《Energy》。

3圖文導(dǎo)讀圖1.EG@HPC的制備示意圖。

圖2.不同樣品的XRD圖譜。圖3.LA、HPC、EG@HPC、LA/EG@HPC樣品的FTIR圖譜。

圖4.樣品的SEM圖譜，(a) Bi-MOF (b) HPC (c) EG@HPC (d) 60wt% LA/EG@HPC (e) 65wt% LA/EG@HPC (f) 70wt% LA/EG@HPC。

圖5.(a) EG@HPC的N2下的吸附解吸等溫線，(b)對應(yīng)的孔徑分布圖。

圖6.LA、EG@HPC、LA/EG@HPC樣品的TG曲線。

圖7.LA和LA/EG@HPC樣品的DSC曲線。

圖8.LA、LA/HPC和LA/EG@HPC樣品的導(dǎo)熱系數(shù)。

圖9.電池?zé)峁芾硌b置示意圖。

圖10.電池放電溫度變化曲線(a)空白對照組2C速率、(b)空白對照組3C速率、(c) CPCM組2C速率、(d) CPCM組3C速率。

圖11.電池放電溫度的最大最小值以及溫差分布。

圖12.DST條件下的溫度波動（a）空白對照組；（b）復(fù)合材料對照組。

圖13.恒定充放電速率循環(huán)下電池溫度的變化。