Les batteries au lithium-ion en raison de leur haute énergie et à haute densité de puissance en tant que principale source d'énergie pour les véhicules électriques et les véhicules électriques hybrides, tandis que la puissance élevée apporte grande quantité de chaleur. Cependant, les piles au lithium sont très sensibles à la température, trop élevée ou trop faible la température de fonctionnement, apportera la performance et de l'impact de la vie de la batterie. besoin pour le système de gestion thermique efficace et compact (TMS) pour gérer son élévation de température extrême. TMS actif et TMS sont deux technologies de gestion thermique passive populaire.
la gestion de la chaleur active, l'énergie nécessaire pour entraîner le système de gestion thermique, comprenant: un refroidissement par air forcé, le refroidissement de l'eau, refroidissement du tube de chaleur, le refroidissement est plus fréquente gestion thermique passive, la consommation d'énergie ne sont pas marqués endroits, y compris le refroidissement naturel, le changement de phase. Matériel de refroidissement et ainsi de suite.
Gestion thermique active
Tran et al., Le module d'échangeur thermique est conçu pour une gestion thermique de la batterie au lithium-ion. Ils ont constaté que les caloducs de différentes batteries de VHE de ventilation supplémentaire se sont avérés des solutions efficaces de gestion thermique. Greco et al. Ont développé un modèle de caloducs un modèle thermique transitoire dimensionnelle circuit de combinaison. ils montrent que la température de la batterie au lithium-ion est abaissée en utilisant un modèle unidimensionnel du transitoire de 52 ℃ à 28 ℃. Mohammadian et al ailettes en aluminium pour refroidir les ions lithium d'insert en mousse cellules. ils ont constaté que, par rapport au cas sans l'utilisation de la mousse d'aluminium, mousse d'aluminium après une utilisation à l'intérieur du dissipateur thermique, la température de surface de la batterie au lithium-ion est considérablement réduite. Zhao et al., en utilisant un cylindre de refroidissement liquide pour le refroidissement d'une batterie ion-lithium. ils vérin hydraulique La température de surface de 42 batteries cylindriques est maintenue en dessous de 40 ° C. En raison de l'ajout de pompes à chaleur, de dissipateurs thermiques, de groupes de ventilateurs, etc., toutes les méthodes de refroidissement actif ci-dessus sont coûteuses.
Gestion thermique passive
gestion thermique passive (comme un matériau à changement de phase) au cours des dernières années, plus et l'attention plus de gens, car il est efficace, compact et léger. Le matériau à changement de phase (PCM) sous la forme de chaleur de stockage de chaleur latente, la chaleur latente plus grands médias sont principalement l'eau, de la paraffine et d'autres sels inorganiques, etc., pendant le stockage de chaleur latente, PCM à un changement de phase de température à peu près constante de l'état solide à l'état liquide ou des liquides dans le système de gaz TMS PCM est appliqué, ont généralement les conditions suivantes:
1) avoir une température de transition de phase appropriée, une grande chaleur latente de changement de phase, une conductivité thermique appropriée (généralement grande);
2) Le phénomène de fusion ne devrait pas se produire pendant la transition de phase afin de ne pas provoquer de changements dans la composition chimique du milieu à changement de phase;
3) La réversibilité de la transition de phase est meilleure, le degré de surfusion doit être aussi faible que possible et la performance est stable;
4) Non-toxique, non-corrosif, non-polluant;
5) l'utilisation de la sécurité, de la détérioration ininflammable, explosive ou oxydative;
6) Taux de cristallisation plus rapide et taux de croissance des cristaux.
7) Exigences de performance physique: Faible pression de vapeur, Taux d'expansion du volume plus faible, Densité plus élevée;
8) Exigences de performance économique: Facile à acheter des matières premières, des prix moins chers.
Dans cet article, un de Hong Kong University of Science et technologie Abid Hussain, qui en 2018 a publié dans le Journal international des sciences thermiques de papiers de journal de gestion thermique des batteries au lithium-ion en utilisant la mousse de nickel revêtu de graphène saturé avec des matériaux à changement de phase », la littérature décrit le graphite une caractéristique composites revêtues de nickel supérieures matériaux alcényle paraffine matériau PCM est appliqué dans le système de gestion thermique de la batterie au lithium de puissance. 1.7A et à un courant de décharge, un contraste de nickel, la cire de paraffine, GCN, nickel expansé + paraffines et la cire de paraffine + GCN L'effet de la gestion de la chaleur, a constaté que l'utilisation de nickel en mousse par rapport à l'utilisation de nickel de mousse de graphène saturé revêtement que la simple utilisation de mousse de nickel, l'augmentation de la température de surface de la batterie a diminué de 17%.
1 Aperçu du terrain
Common PCM ayant une conductivité thermique très faible (0.1-0.3W / (mK)). Taux régénérative est affecté par une faible conductivité thermique du PCM. De nombreuses techniques ont été mentionnées dans la littérature pour améliorer la conductivité thermique du PCM. Goli et al graphène matériau composite utilisé pour améliorer la conductivité thermique du PCM pur. ils ont constaté que la conductivité thermique du composite graphène / paraffine atteint 45W / (mK), la conductivité thermique du graphite pur est de 0,2 W / (mK). ils il a également été observée à un courant de décharge de la figure 5A, l'utilisation de la montée en température de graphène / composite paraffine batterie au lithium-ion 16 ℃, sans que la température de graphène / composite de paraffine est de 37 ℃. Kizilel et al matrice de graphite pour améliorer conductivité thermique. ils ont observé que la conductivité thermique de la paraffine en graphite d'environ 17W / (mK), contribue à un PCM mélange uniforme de la batterie au lithium-ion dans des conditions normales de température et de pression. Aadmi et al en ajoutant de la paraffine solide à un corps tubulaire métallique La conductivité thermique de la résine époxy a été augmentée de 3 à 4 fois et a permis d'obtenir une capacité de stockage d'énergie plus élevée et une élévation de température plus faible en augmentant la teneur en cire dans le matériau composite.
mousse métallique a également été montré pour être améliorée option viable PCM de conductivité thermique. Une porosité élevée, de bonnes propriétés physiques thermiques et la résistance mécanique est une caractéristique importante de la mousse métallique. Li et al., l'utilisation de l'étude de composite de paraffine en mousse de cuivre batterie 10Ah au lithium-ion le système de gestion de groupe pour la performance de la chaleur, ils ont été comparés avec les résultats de deux modes: un pur convection naturelle de l'air et de la paraffine à un taux de décharge de 1C, un composite de cuivre à l'aide d'une mousse en tant que matériaux de gestion thermique, le mode de convection d'air et un mode de comparaison pur paraffine. basse température de surface de la batterie était de 29% et 12%. Hussain et al., en utilisant une température de surface de la batterie nickel MATERIAU cOMPOSITE batteries 3.4Ah au lithium-ion. ils ont trouvé que, à 2C vitesse de décharge, la température de surface de la batterie et de l'air, respectivement, que le pur naturel modes de paraffine sont en baisse de 31% et 24% après Samimi et matériau composite de fibre de carbone de paraffine, la chute de température de surface de la batterie 15 ℃. la conductivité thermique du contraste composite de paraffine pure, l'augmentation de la conductivité thermique de 81-273%. Sabbah et al. Le graphite a été utilisé pour améliorer la conductivité thermique des paraffines, ils ont utilisé des chauffages électriques comme batteries et ont trouvé qu'en raison de l'utilisation de composites graphite-PCM, La température de surface est réduite de 5%. Khateeb et al mousse d'aluminium utilisé pour améliorer la conductivité thermique de la paraffine. Ils ont trouvé que la température de surface de la batterie 13.2Ah 5% inférieur à celui des cires normales.
Dans des études antérieures, la gestion thermique batterie lithium-ion est principalement utilisé graphène - matériau composite de graphite ou d'un matériau métallique expansé (cuivre, nickel ou aluminium) / composite de graphite graphène conductivité thermique est très élevée (~ 2000- 3000W / (mK).) La conductivité thermique de la cire de paraffine a été améliorée par la mousse de nickel immergée dans des revêtements de nickel et de graphène expansés.
Mais le problème est un nickel seulement six fois la conductivité thermique et à haute température, le graphite - composites polystyrène propriétés thermomécaniques (par exemple, résistance à la traction et à la compression) devient plus faible Ici, rapportés La mousse de graphène revêtue de nickel est utilisée comme système de gestion thermique pour les batteries lithium-ion.
2 nickel de graphène recouvert de nickel comme système de gestion thermique de la batterie au lithium
Pour résoudre les problèmes ci-dessus, dans cette étude, une gestion thermique de la batterie lithium-ion de nouveaux matériaux de gestion thermique (graphène, un métal (nickel) mousse de paraffine et des combinaisons de ceux-ci) en utilisant du nickel de nombreux avantages: résistance à la corrosion, supérieure la résistance et la ductilité. propriétés mécaniques de nickel peut être augmentée en utilisant un nickel renforcé par des fibres / particules. atomes de carbone peuvent être facilement dissous dans le nickel en raison de leur solubilité élevée dans le nickel, et la surface de nickel peuvent être facilement formés à l'avance modèle, il est possible de préparer avec précision la géométrie préférée du motif de graphène. graphène synthèse applicable à un graphène de nickel avec une gamme de matériaux poreux ont montré une excellente compatibilité. matériau composite à base de graphène ayant un matériau composite lui-même supérieur propriétés mécaniques, et a un coefficient de dilatation thermique. rapport Zhao et al. dans le matériau composite, le module de Young et les propriétés mécaniques du matériau composite à base de graphène (alcool polyvinylique et nano-feuille de graphène) a été augmentée d'environ 10 fois et 150%. graphène cultivé sur une mousse de nickel sera plus difficile GCN (avec l'addition de 0,05 g / l graphène, Ni dureté de la mousse de 1,2 fois d'origine). les performances du vélo mousse GCN Excellent (taux de rétention de capacité de 98% après 10 000 cycles à 3 mA / cm).
Dans cette étude, la gestion thermique des batteries lithium-ion a été réalisée en utilisant une nouvelle matière, une mousse de nickel enduite de graphène saturé (GcN) La croissance du graphène enduit sur la mousse de nickel a été réalisée en utilisant un dépôt chimique en phase vapeur. obtenu, on a ajouté mousse GCN cire conductivité thermique de paraffine, la paraffine pure supérieure à 23 fois. la paraffine solide est utilisé comme matériau à changement de phase (le PCM), par rapport à la cire de paraffine pure, la paraffine ajoutée mousse GCN, ce qui augmente la température de fusion , inférieure à la température de solidification de la cire de paraffine pure, l'addition de chaleur latente et la chaleur spécifique GCN paraffine de mousse a diminué de 30% et 34%, respectivement, des résultats d'application par rapport à un matériau de batterie au lithium 5 types de gestion thermique: un nickel solide paraffine, GCN, nickel expansé + paraffines et la cire de paraffine + GCN par rapport à un courant de décharge de 1,7 A dans le nickel en mousse, en utilisant la température de la batterie en mousse de nickel revêtu graphène saturé PCM augmentation de 17%.
3 conclusions
mousse de nickel préparé en utilisant une technique de dépôt en phase vapeur graphène préparation chimique de revêtement. L'épaisseur d'une couche de graphène de nickel expansé est de 1-2 nanomètres. Paraffine mousse de nickel en tant que matériau à changement de phase est immergé dans le graphite revêtu de graphène imprégné alcényle Paraffine Les propriétés thermiques de la mousse de nickel revêtue et son application dans la gestion thermique des batteries Li-ion sont résumées ci-dessous.
1) Mesure en utilisant pulsé revêtement de nickel en mousse composite de graphène de paraffine saturée de laser et de la conductivité thermique de la mousse de nickel de paraffine Paraffin composite en outre un matériau de support. Les résultats montrent que la mousse de nickel revêtu de graphène conductivité thermique paraffine pure Augmenté de 23 fois, tandis que le nickel moussé a augmenté la conductivité thermique de la paraffine pure 6 fois.
2) le revêtement de la graphène observer le nickel en mousse saturée et un matériau composite de composé de cire de paraffine de nickel température de fusion et la température de congélation, et par rapport à la matière pure composite de paraffine (mousse de nickel expansé paraffine saturée / enduit de graphène La température de fusion et la température de congélation du nickel expansé augmentent et diminuent respectivement, ce qui est dû à l'interaction du nickel moussé avec la paraffine.
3) par rapport à la chaleur latente pur paraffine, un revêtement de nickel expansé paraffine saturée graphène composite chaleur latente est réduite de 30%. Ceci est dû à la saturation de la décision de paraffine en nickel expansé composite revêtu de graphène réduit la fraction massique de la paraffine . paraffine masse réduite en raison de la présence de petites cavités de la mousse métallique. capacité calorifique inhérente du matériau composite sont rapport en mousse de paraffine en nickel des états solides et liquides matériau moins pures 16% de paraffine et 12%, et un alliage de nickel revêtu de paraffine saturée de graphène la capacité thermique spécifique était inférieure à celle de la paraffine solide pur et liquide à 35% et 34%, la matière composite de l'état. la raison en est qu'une faible capacité calorifique par rapport au cadre métallique pur PCM (mousse de nickel et la mousse de nickel revêtu de graphène) est.
4) Enfin, l'étude comprend un matériau de développement d'application (à savoir, une batterie au lithium-ion de gestion thermique) est également étudié et comparé quatre éléments supplémentaires de gestion thermique, à savoir une mousse de nickel, mousse de nickel revêtu de graphène, la cire de paraffine, et paraffine mousse de nickel à réduire la décharge de courant 1.7A, la mousse de nickel revêtu de graphène-saturée que la simple utilisation d'une batterie nickel réduction de la température de surface de 17%.
