Lithium-Ionen-Batterien aufgrund ihrer hohen Energie und hoher Leistungsdichte als die Hauptenergiequelle für Elektrofahrzeuge und Hybridelektrofahrzeuge, während hohe Leistung große Menge an Wärme bringt. Allerdings Lithium-Batterien sind sehr empfindlich auf Temperatur zu hoch oder zu niedrig Die Betriebstemperatur beeinflusst die Leistung und die Lebensdauer der Batterie.Es ist ein effektives und kompaktes Wärmemanagementsystem (TMS) erforderlich, um seine extreme Temperaturerhöhung zu bewältigen.TMS Aktiv und TMS sind zwei beliebte Wärmemanagementtechnologien.
Aktives Wärmemanagement, Energie benötigt, um das Wärmemanagementsystem zum Antrieb, umfassend: eine forcierte Luftkühlung, Wasserkühlung, Wärmerohrkühlung, Kühlung ist häufiger passives Wärmemanagement, wird der Energieverbrauch Orte, die nicht markiert, einschließlich natürlicher Kühlung, die Phasenänderung. Materialkühlung und so weiter.
Aktives Wärmemanagement
Tran et al., Ist die Wärmerohrmodul für eine Lithium-Ionen-Batterie thermische Management gestaltet. Sie fanden, dass die Wärmerohre verschiedener Lüftungs HEV-Batterie hinzugefügt effektive thermische Management-Lösungen erwiesen. Greco et al. Ein Modell der Wärmerohre Developed eindimensional transiente thermische Modell Kombinierschaltung. sie zeigen, dass die Temperatur der Lithiumionen-Batterie unter Verwendung eines eindimensionalen Modells des transienten von 52 bis 28 ℃ ℃. Mohammadian et al Aluminiumlamellen den Schaumstoffeinsatz Lithium abgesenkt wird, um Ionen zu kühlen Zellen. sie gefunden, dass, verglichen mit dem Fall ohne die Verwendung von Aluminiumschaum, Aluminiumschaum nach dem Gebrauch im Kühlkörper, wird die Oberflächentemperatur der Lithiumionen-Batterie deutlich reduziert. Zhao et al., zur Kühlung einer Lithium-Ionen-Batterie, die einen Flüssigkeitskühlzylinder verwendet wird. sie Hydraulikzylinder Die Oberflächentemperatur von 42 zylindrischen Batterien wird unter 40 ° C gehalten. Aufgrund der Hinzufügung von Wärmepumpen, Radiatoren, Gebläseanordnungen usw. sind alle obigen aktiven Kühlverfahren teuer.
Passives Wärmemanagement
Passive Wärmemanagement (wie ein Phasenwechselmaterial) in den letzten Jahren mehr und mehr die Aufmerksamkeit der Menschen, weil es effizient, kompakt und leicht. Das Phasenwechselmaterial (PCM) in Form von Latentwärmespeicher Wärme, sind latente Wärme größer Medien hauptsächlich Wasser, Paraffin und andere anorganische Salze, usw., während der Latentwärmespeicher, PCM mit einer nahezu konstanten Temperatur Phasenwechsel von fest zu flüssig oder Flüssigkeit zu Gas TMS PCM-System angewendet wird, haben im allgemeinen die folgenden Anforderungen:
1) eine geeignete Phasenübergangstemperatur, desto größer ist die latente Wärme, eine geeignete thermische Leitfähigkeit (sollte in der Regel größer sein);
2) Segregationsphänomen nicht in dem Phasenänderungsprozess auftreten, um nicht auf Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung des Phasenänderungsmediums zu bewirken;
3) besseren reversiblen Phasenänderung, sollte der Grad der Unterkühlung klein sein, eine stabile Leistung;
4) ungiftig, nicht ätzend, nicht umweltbelastend;
5) Die Verwendung von Sicherheit, nicht brennbar, explosive oder oxidative Verschlechterung;
6) Schnellere Kristallisationsrate und Kristallwachstumsrate.
7) Physische Leistungsanforderungen: Niedriger Dampfdruck, kleinere Volumenausdehnungsrate, höhere Dichte;
8) Wirtschaftliche Leistungsanforderungen: Einfach zu kaufen Rohstoffe, günstigere Preise.
In diesem Papier, einem von Hong Kong University of Science and Technology Abid Hussain, der im Jahr 2018 im 'International Journal of Thermal Sciences' veröffentlichten Zeitschriftenpapieren 'Thermal Management von Lithium-Ionen-Batterien Graphen beschichtet Nickelschaum mit Phasenwechselmaterialien gesättigt mit' beschreibt die Literatur das Graphits Verbundlegenen Eigenschaften alkenyl Paraffin Materialien PCM-Material eine Nickel-beschichtet ist, in der Leistungslithiumbatterie Wärmemanagementsystem angewendet. 1.7A und bei einem Entladestrom, einer Nickel Kontrast, Paraffinwachs, GCN, geschäumtes Nickel + Paraffine und Paraffinwachs + GCN Wärmemanagement Ergebnisse gefunden, dass die Verwendung von Nickelschaum im Vergleich zu gesättigtem graphenbeschichteten Nickelschaum als nur eine Nickelbatterie Oberflächentemperaturreduktion von 17% verwendet wird.
1 Feldübersicht
Gemeinsame PCM mit einer sehr niedrigen Wärmeleitfähigkeit (0.1-0.3W / (m · K)). Regenerative Rate durch eine niedrige Wärmeleitfähigkeit des PCM beeinflusst wird. Es wurde viele Techniken zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit des PCM in der Literatur erwähnt. goli et al Graphen Verbundmaterial verwendet, um die thermische Leitfähigkeit des reinen PCM zu verbessern. fanden sie, dass die Wärmeleitfähigkeit von Graphen / Paraffin-Verbund erreicht 45W / (mK), die Wärmeleitfähigkeit von reinem Graphit ist 0,2W / (mK). sie es wurde auch bei einem Entladestrom von 5A, die Verwendung des Temperaturanstiegs von Graphen / Paraffin-Verbundlithiumionen-Batterie 16 ℃, ohne die Temperatur Graphen / Paraffin Verbund beobachtet beträgt 37 ℃. Kizilel et al Graphitmatrix zu verbessern Wärmeleitfähigkeit. sie beobachteten, dass die Wärmeleitfähigkeit des Graphits Paraffin etwa 17W / (mK), trägt zu einem gleichförmigen PCM Mischen der Lithiumionen-Batterie unter normalen Temperatur- und Druckbedingungen. Aadmi et al durch Zugabe von festem Paraffin mit einem rohrförmigen Metallkörper die Wärmeleitfähigkeit des Epoxidharzes beträgt 3-4-fache erhöht. sie gefunden, dass durch den Wachsanteil in dem Verbundwerkstoff zu erhöhen höhere Speicherkapazität und geringeren Temperaturanstieg erreichen kann.
Metallschaum auch PCM Wärmeleitfähigkeit gangbarer Weg verbessert werden konnte gezeigt werden. Eine hohe Porosität, eine gute thermische physikalische Eigenschaften und mechanische Festigkeit ist ein wesentliches Merkmal des Metallschaums. Von Li et al., Die Verwendung von Kupferschaum Paraffin Verbund Studie 10Ah Lithium-Ionen-Batterie das Gruppenmanagementsystem für die Leistung der Wärme sie mit den Ergebnissen von zwei Betriebsart im Vergleich war: eine reine natürliche Luftkonvektion und Paraffin bei einer Entladungsrate von 1C, ein Kupferverbund eines Schaum als Wärmemanagementmaterialien, Luftkonvektion Modus und ein Vergleichsmodus reines Paraffin verwendet wird. Batterieoberflächentemperatur betrugen 29% bzw. 12%. Hussain et al., eine Nickel-Batterie Oberflächentemperatur VERBUNDWERKSTOFF 3.4Ah Lithium-Ionen-Batterien. sie gefunden, daß bei 2C Entladungsrate der Batterie Oberflächentemperatur und die Luft jeweils als die natürlichen reinen Paraffin-Modi sind um 31% bzw. 24% nach Samimi et Paraffin Kohlefaser-Verbundmaterial, die Oberflächentemperaturabfall der Batterie 15 ℃. die Wärmeleitfähigkeit des Verbund reinem Paraffin Gegensatz dazu erhöhte thermische Leitfähigkeit von 81 bis 273%. Sabbah et al. Graphit wird verwendet, um die Wärmeleitfähigkeit von Paraffinen zu erhöhen.Sie verwendeten elektrische Heizungen als Batterien und fanden heraus, dass aufgrund der Verwendung von Graphit-PCM-Verbundstoffen, Oberflächentemperatur reduziert werden 5%. Khateeb et al Aluminiumschaum verwendet, um die Wärmeleitfähigkeit von Paraffin zu verbessern. Sie fanden heraus, dass die Oberflächentemperatur der Batterie 13.2Ah 5% niedriger als normal Wächst.
In früheren Studien wird ein thermisches Management Lithium-Ionen-Batterie verwendet hauptsächlich Graphen - Graphit-Verbundmaterial oder ein geschäumtes Metall (Kupfer, Nickel oder Aluminium) / Graphit-Verbundmaterial Graphen Wärmeleitfähigkeit sehr hoch ist (~ 2000- 3000 W / (mK)) Die Wärmeleitfähigkeit von Paraffin wurde durch Schaumnickel erhöht, das in geschäumte Nickel- und Graphenbeschichtungen eingetaucht ist.
Aber das Problem ist, eine Nickel nur das Sechsfache der Wärmeleitfähigkeit und bei hohen Temperaturen, Graphit - Polystyrol Komposite thermomechanischen Eigenschaften (beispielsweise Zugfestigkeit und Druckfestigkeit) wird hier schwächer, berichtet Graphenbeschichteter Schaum Nickel wird als Wärmemanagementsystem für Lithium-Ionen-Batterien verwendet.
2 graphenbeschichteter Nickelschaum als Lithium-Batterie-Thermomanagementsystem Materialübersicht
Um die oben genannten Probleme, die in dieser Studie, ein Lithium-Ionen-Batterie Thermomanagement von neuen Wärmeleitmaterialien (Graphen, ein Metall (Nickel) Paraffin-Schaum und Kombinationen davon) unter Verwendung von Nickel viele Vorteilen zu lösen: Korrosionsbeständigkeit, höher als Festigkeit und Duktilität. mechanischen Eigenschaften von Nickel kann unter Verwendung einer Faser / Partikel-verstärkten Nickel erhöht werden. Kohlenstoffatomen kann leicht im voraus in dem Nickel gelöst werden wegen ihrer hohen Löslichkeit in Nickel und die Nickeloberfläche leicht gebildet werden kann, Muster, ist es möglich, die bevorzugte Geometrie von Graphen Mustern genau zu präparieren. Graphen mit einer Reihe von porösen Materialien mit einer Nickel Graphen anwendbar Synthese zeigten ausgezeichnete Verträglichkeit. graphenbasierten Kompositmaterial überlegenes Verbundmaterial mit mir mechanische Eigenschaften und hat einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten. Zhao et al. berichten in dem Verbundwerkstoff, der Elastizitätsmodul und die mechanischen Eigenschaften von Graphen Kompositmaterial (Polyvinylalkohol und Graphen Nanofolie) wurde durch etwa 10-mal erhöht, und 150%. Graphen auf einem Nickelschaum aufgewachsen werden GCN Harder (unter Zusatz von 0,05 g / L Graphen, Ni Schaumhärte der ursprünglichen 1,2-fache). Radfahrleistung GCN Schaum Sehr gut (bei 3 mA / cm sogar nach 10.000-Zyklus Kapazitätsretentionsrate von 98%).
In dieser Studie wird die thermische Management von einer Lithium-Ionen-Batterie erreicht ein neues Material mit - ein gesättigten graphenbeschichteten Nickelschaum (GCN), um das Wachstum von Graphen zu vervollständigen ist auf einem geschäumten Nickel unter Verwendung von chemischen bedampft. erhalten wurde GCN Schaum Wärmeleitfähigkeitsparaffinwachs, das reine Paraffin höher als 23 mal. der feste Paraffin als Phasenänderungsmaterial verwendet wird (die PCM), im Vergleich zu dem reinen Paraffinwachs zugegeben, hinzugefügt Paraffin GCN Schaum, der die Schmelztemperatur erhöht , niedriger ist als die Erstarrungstemperatur des reinen Paraffinwachs, die Zugabe von Latentwärme und der spezifischen Wärme GCN Schaum Paraffin um 30% bzw. 34% verringert, verglichen Anwendung resultiert in einer Lithium-Batterie Material 5 Arten von Wärmemanagement: eine Nickel festen Paraffin, GCN, geschäumtes Nickel + Paraffine und Paraffinwachs + GCN Vergleich Entladestrom von 1,7 A in dem aufgeschäumten Nickel, PCM gesättigten graphen beschichtete Nickelschaum Batterietemperaturanstieg von 17% verwendet wird.
3 Schlussfolgerungen
Nickelschaum unter Verwendung einer Aufdampftechnik Graphens Beschichtungschemikal Zubereitung verwendet wird. Die Dicke einer Nickelschaumgraphenschicht beträgt 1-2 nm. Paraffin geschäumtes Nickel als das Phasenwechselmaterial in dem Graphen-beschichtetem Graphit eingetaucht ist, imprägniert alkenyl Paraffin Die thermischen Eigenschaften des beschichteten Nickelschaums und seine Anwendung im Wärmemanagement von Lithium-Ionen-Batterien sind im Folgenden zusammengefasst.
1) Messung unter Verwendung von gepulstem Laser gesättigten Paraffin Graphen Verbund geschäumtes Nickelbeschichtung und die Wärmeleitfähigkeit des Verbund geschäumtes Nickel Paraffin Paraffin weiteres Trägermaterials. Die Ergebnisse zeigen, dass die Graphen beschichtete Nickelschaum Wärmeleitfähigkeit reine Paraffin 23 Mal erhöht, während geschäumtes Nickel 6 Mal die Wärmeleitfähigkeit von reinem Paraffin erhöhte.
2) Beschichten das Graphens der gesättigten Schaumstoff Nickel beobachten und eine Nickelverbindung Paraffinwachs Kompositmaterialien Schmelztemperatur und die Gefriertemperatur und im Vergleich mit reinem Paraffin Verbundmaterial (geschäumtes Nickel schäumt Paraffin gesättigten / beschichtet mit Graphen Die Schmelztemperatur und die Gefriertemperatur von Nickelschaum steigen bzw. sinken aufgrund der Wechselwirkung von geschäumtem Nickel mit Paraffin.
3) im Vergleich zu reiner Paraffin latenter Wärme, gesättigtes Paraffin geschäumtes Nickelbeschichtung Graphens Verbund latente Wärme um 30% reduziert wird. Dies ist aufgrund der Sättigung des Graphens beschichteten Verbund geschäumtes Nickel Paraffin Entscheidungsmassenanteils des Paraffins reduzierten Paraffin. reduzierte Masse aufgrund des Vorhandenseins von kleinen Hohlräumen des Metallschaumes. inhärente Wärmekapazität des Verbundmaterials Nickel Paraffinverhältnis der festen und flüssigen Zuständen weniger reinen Material 16% Paraffin und 12% und eine Nickel beschichteten Graphit gesättigtes Paraffin geschäumt spezifische Wärmekapazität kleiner war als die von reinem festem und flüssigen Paraffin bei 35% und 34%, Zustand Kompositmaterial. der Grund dafür ist, dass eine geringe Wärmekapazität im Vergleich zu reinem PCM Metallrahmen (Nickelschaum und der Nickelschaum mit Graphen-coated) ist.
4) Schließlich weist die Studie Anwendungsentwicklungsmaterial (das heißt, eine Lithium-Ionen-Batterie Thermomanagement) ist ebenfalls untersucht und verglichen werden vier zusätzliche Wärmemanagement-Material, d.h. Nickelschaum, Nickelschaum beschichtet mit Graphen, Paraffinwachs, und Geschäumtes Nickel-Paraffin: Bei 1,7 A Entladungsstrom hat die Verwendung von gesättigtem graphenbeschichtetem geschäumten Nickel eine 17% ige Verringerung des Anstiegs der Oberflächentemperatur im Vergleich zu reinem Nickelschaum.
