بطاريات ليثيوم أيون بسبب الطاقة العالية وكثافة عالية الطاقة كمصدر للطاقة الرئيسي للسيارات الكهربائية والسيارات الكهربائية الهجينة، في حين أن الطاقة العالية يجلب كمية كبيرة من الحرارة، ولكن بطاريات الليثيوم حساسة جدا لدرجة الحرارة، عالية جدا أو منخفضة جدا درجة حرارة التشغيل، وسوف تجلب الأداء والتأثير على عمر البطارية. الحاجة إلى نظام فعال والمدمجة الإدارة الحرارية (TMS) لإدارة صعودها درجات الحرارة الشديد. TMS نشط وTMS هما شعبية سلبية تكنولوجيا الإدارة الحرارية.
والإدارة الحرارية السلبية الأكثر شيوعا، لم يتم وضع علامة على تبريد الهواء القسري، وتبريد الماء والحرارة أنبوب التبريد والتبريد استهلاك الطاقة الأماكن، بما في ذلك التبريد الطبيعي، ومرحلة تغيير: إدارة الحرارة الفعالة والطاقة اللازمة لدفع نظام إدارة الحرارية، ويضم. تبريد المواد وهلم جرا.
الإدارة الحرارية النشطة
تران وآخرون، تم تصميم وحدة أنبوب الحرارة لبطارية الليثيوم أيون إدارة الحرارية، ووجدوا أن الأنابيب حرارة مختلفة بطارية أضاف التهوية اتش اى أثبتت حلول فعالة لإدارة الحرارية. اليوناني وآخرون. وضعت نموذجا للأنابيب الحرارة أحد الأبعاد عابرة نموذج الحراري الجمع بين الدوائر. أنها تظهر أن درجة حرارة بطارية ليثيوم أيون يخفض باستخدام نموذج أحادي البعد من عابر من 52 ℃ إلى 28 ℃. المحمدية زعانف وآخرون الألومنيوم لتبريد أيونات الليثيوم إدراج رغوة الخلايا. وجدوا أنه بالمقارنة مع القضية دون استخدام رغوة الألمنيوم، رغوة الألمنيوم بعد استخدامها داخل بالوعة الحرارة، ودرجة حرارة سطح بطارية ليثيوم أيون ينخفض بشكل ملحوظ. تشاو وآخرون، وذلك باستخدام اسطوانة التبريد السائل للتبريد بطارية ليثيوم أيون. انهم أسطوانات هيدروليكية يتم الحفاظ على درجة حرارة سطح الخلية اسطوانية 42 في أقل من 40 ℃. نتيجة لزيادة ضخ الحرارة، والمبرد، ومروحة وغيرها من العناصر، كل الطرق المذكورة أعلاه هي مكلفة التبريد النشط.
الإدارة الحرارية السلبية
إدارة الحرارية السلبية (مثل المواد مرحلة تغيير) في السنوات الأخيرة أكثر والاهتمام أكثر الناس، لأنها فعالة، مدمجة وخفيفة الوزن، والمواد مرحلة تغيير (PCM) في شكل حرارة تخزين الحرارة الكامنة، الحرارة الكامنة وسائل الإعلام الكبيرة بشكل رئيسي المياه، البارافين وأملاح غير عضوية أخرى وما إلى ذلك أثناء تخزين الحرارة الكامنة، يتم تطبيق PCM في مرحلة تغيير درجة حرارة ثابتة تقريبا من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة أو السائل إلى نظام PCM TMS الغاز، وعموما المتطلبات التالية:
1) مرحلة مناسبة درجة حرارة التحول، وأكبر من الحرارة الكامنة، الموصلية الحرارية مناسبة (يجب أن يكون عادة أكبر)؛
2) يجب ألا تحدث ظاهرة الصهر أثناء تغير الطور حتى لا تسبب تغيرات في التركيب الكيميائي لوسط تغيير الطور ؛
3) إن قابلية الانتقال في المرحلة هي أفضل ، يجب أن تكون درجة التبريد الفائق صغيرة قدر الإمكان ، والأداء ثابت ؛
4) غير سامة ، غير قابلة للتآكل ، غير ملوثة.
5) استخدام السلامة ، التدهور غير قابل للاشتعال ، المتفجرة أو الأكسدة ؛
6) معدل بلورة أسرع ومعدل نمو كريستال.
7) متطلبات الأداء البدني: انخفاض ضغط البخار ؛ معدل توسيع حجم أصغر ؛ كثافة أعلى.
8) متطلبات الأداء الاقتصادي: من السهل شراء المواد الخام وأسعار أرخص.
في هذه الورقة، واحدة من جامعة هونغ كونغ للعلوم والتكنولوجيا عابد حسين، الذي في 2018 نشرت في "المجلة الدولية للعلوم الحرارية" أوراق مجلة "إدارة الحرارية من بطاريات أيون الليثيوم باستخدام الجرافين المغلفة النيكل رغوة مشبعة بمواد مرحلة تغيير"، ويصف الأدب الجرافيت يتم تطبيق المغلفة النيكل خصائص متفوقة المركبة alkenyl البارافين المواد المواد PCM في نظام إدارة الحراري بطارية ليثيوم السلطة. 1.7A وفي التصريف الحالي، على النقيض من النيكل، شمع البارافين، GCN، الرغوية النيكل + البارافينات، وشمع البارافين + GCN نتائج الإدارة الحرارية، وجدت أن استخدام رغوة النيكل بالمقارنة مع المشبعة رغوة النيكل المغلفة الجرافين من مجرد استخدام بطارية النيكل خفض درجة حرارة سطح الأرض 17٪.
1 نظرة عامة على الحقل
وقد ذكرت PCM المشترك جود الموصلية الحرارية المنخفضة جدا (0.1-0.3W / (م · K)). ويتأثر معدل التجدد عن طريق التوصيل الحراري المنخفض للPCM. العديد من التقنيات في الأدب لتحسين التوصيل الحراري للPCM. غولي وآخرون الجرافين المواد المركبة المستخدمة لتحسين التوصيل الحراري للPCM النقي. وجدوا أن التوصيل الحراري للمركب الجرافين / البارافين يصل 45W / (الكنيست)، والتوصيل الحراري من الجرافيت النقي هو 0.2W / (الكنيست). هم ولوحظ أيضا في التصريف الحالية من 5A، واستخدام ارتفاع درجة الحرارة من الجرافين / البارافين بطارية أيونات الليثيوم مركب 16 ℃، دون درجة حرارة الجرافين / البارافين مركب هو 37 ℃. Kizilel آخرون الجرافيت مصفوفة لتحسين التوصيل الحراري. انهم لوحظ أن التوصيل الحراري للالبارافين الجرافيت حوالي 17W / (الكنيست)، يساهم في PCM موحد خلط بطارية ليثيوم أيون تحت ظروف الحرارة والضغط العادية. آدمي وآخرون بإضافة البارافين الصلبة إلى هيئة أنبوبي المعادن يتم زيادة التوصيل الحراري للراتنجات الايبوكسي 3-4 مرات. وجدوا أنه من خلال زيادة محتوى الشمع في المواد المركبة يمكن تحقيق سعة تخزين أعلى وأقل ارتفاع درجات الحرارة.
كما ثبت رغوة معدنية لتكون PCM التوصيل الحراري خيارا قابلا للتطبيق المحسنة. عالية المسامية، وحسن الخواص الفيزيائية الحرارية والقوة الميكانيكية هي ميزة كبيرة من رغوة المعادن. من لي وآخرون، استخدام الرغوة النحاس دراسة البارافين مركب بطارية ليثيوم 10Ah بطارية أيون نظام إدارة المجموعة لأداء الحرارة التي تم مقارنة نتائج ضعين: محض الحراري الهواء الطبيعي والبارافين بمعدل تصريف 1C، مركب النحاس باستخدام رغوة كمواد إدارة الحرارية، ووضع الحمل الحراري الهواء ووضع مقارنة البارافين النقي. وكانت وانخفاض درجة حرارة سطح بطارية 29٪ و 12٪. حسين وآخرون، وذلك باستخدام بطارية النيكل درجة حرارة سطح المواد المركبة 3.4Ah بطاريات ليثيوم أيون. وجدوا أنه في 2C معدل التصريف، ودرجة حرارة سطح البطارية والهواء، على التوالي، من طبيعية نقية وسائط البارافين هي بنسبة 31٪ و 24٪ بعد صميمي آخرون البارافين الكربون مادة الألياف المركبة، وانخفاض درجة حرارة سطح بطارية 15 ℃. التوصيل الحراري للمركب النقيض من البارافين النقي، وزيادة التوصيل الحراري من 81-273٪. صباح آخرون. يستخدم الجرافيت لزيادة الموصلية الحرارية للبارافينات ، حيث استخدموا السخانات الكهربائية كبطاريات ووجدوا أنه بسبب استخدام مركبات الجرافيت-PCM ، يتم تخفيض درجة حرارة سطح الأرض 5٪. الخطيب وآخرون الألومنيوم رغوة تستخدم لتحسين التوصيل الحراري من البارافين. ووجد الباحثون أن درجة حرارة سطح بطارية 13.2Ah أقل 5٪ من الشموع العادية.
في دراسات سابقة، يتم استخدام بطارية الإدارة الحرارية ليثيوم أيون أساسا الجرافين - الجرافيت المواد المركبة أو معدن الرغوية (النحاس والنيكل أو الألومنيوم) / الجرافيت مركب جوهري التوصيل الحراري الجرافين عالية جدا (~ 2000- 3000W / (mk)) تم تحسين التوصيل الحراري لشمع البارافين عن طريق النيكل الرغوي المغمور في طلاء الرغوي و الجرافين.
ولكن المشكلة هي، النيكل فقط ست مرات التوصيل الحراري، وفي درجات حرارة عالية، الجرافيت - المركبة البوليسترين الخصائص الميكانيكية الحرارية (على سبيل المثال، والشد وقوة ضاغطة) يصبح أضعف هنا، ذكرت يستخدم نيكل الرغوة المغلفة بالجرافين كنظام إدارة حرارية لبطاريات الليثيوم أيون.
2 الجرافين المغلفة بالنيكل رغوة باعتبارها نظرة عامة على نظام إدارة البطارية الليثيوم الحرارية
من أجل حل المشاكل المذكورة أعلاه ، في هذه الدراسة ، تستخدم الإدارة الحرارية لبطاريات الليثيوم أيون مواد إدارة حرارية جديدة (الجرافين ، مزيج من الفلز (النيكل) والبارافين). مزايا استخدام النيكل كثيرة: مقاومة التآكل ، نسبة عالية القوة والصلابة: يمكن تعزيز الخواص الميكانيكية للنيكل عن طريق تقوية النيكل بالألياف / الجسيمات ، ويمكن ذوبان ذرات الكربون بسهولة في النيكل بسبب قابليتها العالية للذوبان في النيكل ويمكن أن يكون سطح النيكل سهل التشكيل. وبالتالي ، يمكن إعداد النموذج بدقة على نمط الجرافين الهندسي المفضل ، حيث يكون نيكل الرغوة مناسبًا لتخليق الجرافين ، حيث يتميز الجرافين بتوافق ممتاز مع مجموعة من المواد المسامية ، وللمركبات المركبة على الجرافين مزايا أكثر من المركبات نفسها. الخصائص الميكانيكية ، ولها معامل انخفاض في التمدد الحراري ، ذكر Zhao وزملاؤه أن معامل يونج والخصائص الميكانيكية لمركبات الجرافين (كحول البولي فينيل وغرانيت النانو) قد تم تحسينها بنحو 10 مرات. نمو الجرافين على النيكل الرغوي سيجعل رغوة GcN أصعب (بإضافة 0.05 غم / لتر من الجرافين ، صلابة الرغوة ني 1.2 مرة أعلى) أداء دورة الرغوة GcN ممتاز (معدل استبقاء قدرة 98٪ بعد 10،000 دورة في 3mA / سم).
في هذه الدراسة، ويتحقق إدارة الحرارية بواسطة بطارية الليثيوم أيون باستخدام مادة جديدة - المشبعة المغلفة الجرافين النيكل رغوة (GCN) لإكمال نمو الجرافين وهي مغلفة على النيكل الرغوية باستخدام ترسيب البخار الكيميائي. وأضاف البارافين الحصول أضيفت GCN رغوة الموصلية الحرارية شمع البارافين، البارافين النقي أعلى من 23 مرات. ويستخدم البارافين الصلبة كمادة تغيير الحالة (PCM)، مقارنة مع شمع البارافين النقي GCN الرغوة، مما يزيد من درجة حرارة انصهار ، أي أقل من درجة حرارة التجمد من شمع البارافين النقي، إضافة الحرارة الكامنة ومحددة الحرارة GCN رغوة البارافين انخفضت بنسبة 30٪ و 34٪ على التوالي، ونتائج التطبيق مقارنة في مادة بطارية ليثيوم 5 أنواع من الإدارة الحرارية: النيكل الصلب البارافين، GCN، الرغوية النيكل + البارافينات، وشمع البارافين + GCN مقارنة مع التصريف الحالي من 1.7A في النيكل الرغوية، وذلك باستخدام PCM المشبعة النيكل رغوة ارتفاع درجة حرارة البطارية المغلفة الجرافين من 17٪.
3 استنتاجات
النيكل رغوة أعدت باستخدام تقنية الجرافين إعداد طلاء الكيميائية ترسيب البخار. سماكة طبقة النيكل الجرافين الرغوية 1-2 نانومتر. البارافين الرغوية النيكل ومغمورة المواد مرحلة تغيير في الجرافيت المغلفة الجرافين مشربة alkenyl البارافين يتم تلخيص الخصائص الحرارية للرغوة المطلية بالنيكل وتطبيقه في الإدارة الحرارية لبطاريات Li-ion أدناه.
1) قياس باستخدام الليزر نابض المشبعة البارافين الجرافين مركب الرغوية طلاء النيكل والتوصيل الحراري من النيكل الرغوية البارافين البارافين المواد المزيد من الدعم المركبة. وتوضح النتائج أن المغلفة الجرافين النيكل رغوة التوصيل الحراري البارافين النقي زيادة بنسبة 23 مرة ، في حين أن النيكل الرغوي زاد التوصيل الحراري للبارافين النقي 6 مرات.
2) طلاء الجرافين مراقبة النيكل رغوة المشبعة والنيكل شمع البارافين مجمع المواد المركبة ذوبان درجة الحرارة ودرجة حرارة التجمد، وبالمقارنة مع خالص مادة البارافين مركب (النيكل الرغوية رغاوي البارافين مشبعة / المغلفة مع الجرافين النيكل الرغوية) درجة حرارة انصهار ودرجة حرارة التجمد زادت وانخفضت، رغوة النيكل نتيجة لهذا التفاعل مع البارافين.
3) مقارنة نقية الحرارة الكامنة البارافين، يتم تقليل البارافين المشبعة الرغوية طلاء النيكل الجرافين مركب الحرارة الكامنة بنسبة 30٪. ويرجع ذلك إلى تشبع من مركب قرار الرغوية النيكل البارافين المغلفة الجرافين خفض جزء من كتلة البارافين . انخفاض البارافين كتلة بسبب وجود تجاويف صغيرة من رغوة المعادن. السعة الحرارية الكامنة في المواد المركبة واثيلين نسبة النيكل البارافين من الدول الصلبة والسائلة أقل نقي مواد 16٪ من النفط الأبيض و 12٪، والنيكل المطلي الجرافين المشبعة البارافين وكانت السعة الحرارية محددة أصغر من البارافين النقي الصلبة والسائلة في 35٪ و 34٪، المواد المركبة الدولة. والسبب هو أن السعة الحرارية صغيرة مقارنة النقي إطار PCM المعدنية (رغوة النيكل ورغوة النيكل المطلي مع الجرافين) هو.
4) وأخيرا، تتضمن دراسة المواد تطوير التطبيقات (أي، كما درس على بطارية ليثيوم أيون إدارة الحرارية) ومقارنة أربع مواد إضافية إدارة الحرارية، أي النيكل الرغوة، رغوة النيكل المطلي مع الجرافين، شمع البارافين، و البارافين رغوة النيكل تقلل من 1.7A الحالي التفريغ، المشبعة المغلفة الجرافين النيكل رغوة من مجرد استخدام بطارية النيكل خفض درجة حرارة سطح الأرض 17٪.
