batterie agli ioni di litio a causa della loro alta energia e densità di potenza come fonte di alimentazione principale per veicoli elettrici e veicoli elettrici ibridi, mentre l'alta potenza porta grande quantità di calore. Tuttavia, le batterie al litio sono molto sensibili alla temperatura, troppo alta o troppo bassa La temperatura operativa influisce sulle prestazioni e sulla durata della batteria Per gestire il suo aumento estremo della temperatura è necessario un sistema di gestione termica (TMS) efficace e compatto.TMS attivo e TMS passivo sono due tecnologie di gestione termica molto diffuse.
La gestione termica attiva richiede sistemi di gestione termica guidati dall'energia, tra cui: raffreddamento forzato dell'aria, raffreddamento ad acqua, raffreddamento del tubo di calore, ecc. Sono metodi di raffreddamento comuni La gestione termica passiva è caratterizzata dal mancato consumo di energia, incluso il raffreddamento naturale, il cambio di fase Materiale di raffreddamento e così via.
Gestione termica attiva
Tran et al., Il modulo tubo di calore è progettato per uno ione di litio di gestione termica della batteria. Essi hanno scoperto che i tubi di calore di diversa batteria aggiunto ventilazione HEV dimostrati efficaci soluzioni di gestione termica. Greco et al. Sviluppato un modello di tubi di calore unidimensionale transitoria modello termico combinando circuito. essi mostrano che la temperatura della batteria agli ioni di litio è abbassato usando un modello unidimensionale del transitorio da 52 ℃ a 28 ℃. Mohammadian alette et al alluminio per raffreddare gli ioni di litio in gommapiuma cellule. essi hanno scoperto che, rispetto al caso senza l'uso di schiuma di alluminio, schiuma di alluminio dopo l'uso all'interno del dissipatore di calore, la temperatura della superficie della batteria a ioni di litio è notevolmente ridotto. Zhao et al., utilizzando un cilindro di raffreddamento a liquido per raffreddare una batteria agli ioni di litio. essi cilindro idraulico La temperatura superficiale di 42 batterie cilindriche viene mantenuta al di sotto di 40 ° C. Grazie all'aggiunta di pompe di calore, radiatori, gruppi ventole, ecc., Tutti i metodi di raffreddamento attivo sopra citati sono costosi.
Gestione termica passiva
gestione termica passiva (ad esempio, un materiale a cambiamento di fase) negli ultimi anni sempre e l'attenzione più della gente, perché è efficiente, compatto e leggero. Il materiale a cambiamento di fase (PCM) in forma di calore accumulo di calore latente, calore latente dei media più grandi sono soprattutto acqua, paraffina e altri sali inorganici, ecc durante l'accumulo di calore latente, viene applicato PCM a quasi costante cambiamento di fase temperatura da solido a liquido o liquido sistema PCM TMS gas, generalmente hanno le seguenti caratteristiche:
1) una idonea temperatura di transizione di fase, maggiore è il calore latente, un adeguato conducibilità termica (tipicamente dovrebbe essere più grande);
2) fenomeno di segregazione non dovrebbe verificarsi nel processo di cambiamento di fase, in modo da non causare cambiamenti nella composizione chimica dei mezzi di variazione di fase;
3) cambiamento di fase meglio reversibile, il grado di sottoraffreddamento deve essere piccolo, prestazione stabile;
4) Non tossico, non corrosivo, non inquinante;
5) Uso di sicurezza, deterioramento non infiammabile, esplosivo o ossidativo;
6) Frequenza di cristallizzazione più rapida e tasso di crescita dei cristalli.
7) requisiti delle proprietà fisiche: una tensione di vapore bassa; coefficiente di espansione di volume è minore; maggiore densità;
8) Requisiti di prestazione economica: facile acquistare materie prime, prezzi più convenienti.
In questo lavoro, uno da Hong Kong University of Science and Technology Abid Hussain, che nel 2018 ha pubblicato nella 'International Journal of Sciences Thermal rivista 'gestione termica delle batterie agli ioni di litio con rivestito di grafene spugna di nickel saturato con materiali a cambiamento di fase', la letteratura descrive la grafite un nichel-rivestito caratteristiche superiori compositi alchenilici paraffina materiale materiali PCM è applicato nel sistema di gestione termica della batteria di alimentazione al litio. 1.7A e ad una corrente di scarica, un contrasto nichel, paraffina GCN, nichel espanso + paraffine, e cera di paraffina + GCN risultati di gestione termica, hanno scoperto che l'uso di spugna di nickel rispetto saturo spugna di nickel grafene rivestite che semplicemente utilizzando una riduzione della temperatura superficiale della batteria nichel del 17%.
1 Panoramica sul campo
PCM comune avente una conducibilità termica molto bassa (0.1-0.3W / (m · K)). Tasso rigenerativo è influenzato da una bassa conducibilità termica del PCM. Molte tecniche sono stati menzionati in letteratura per migliorare la conducibilità termica del PCM. goli et al grafene materiale composito utilizzato per migliorare la conduttività termica del PCM puro. hanno trovato che la conducibilità termica del grafene / paraffina composito raggiunge 45W / (mK), la conducibilità termica di grafite pura è 0.2W / (mK). esse E 'stato anche osservato una corrente di scarica di 5A, l'uso di aumento della temperatura di grafene / paraffina batteria agli ioni di litio composito 16 ℃, senza che la temperatura grafene / paraffina composito 37 ℃. Kizilel et al matrice di grafite per migliorare conduttività termica. hanno osservato che la conducibilità termica del paraffina grafite circa 17W / (mK), contribuisce ad un PCM uniforme miscelazione la batteria agli ioni di litio in normali condizioni di temperatura e pressione. Aadmi et al aggiungendo paraffina solida ad un corpo tubolare metallico la conducibilità termica della resina epossidica è aumentata 3-4 volte. hanno trovato che, aumentando il contenuto di cera nel materiale composito può ottenere una maggiore capacità di memoria e aumento di temperatura inferiore.
schiuma metallica stato anche dimostrato di essere migliorata valida opzione conducibilità termica PCM. alta porosità, buone proprietà fisiche termiche e di resistenza meccanica è una caratteristica significativa della schiuma metallica. Di Li et al., L'uso di schiuma rame studio paraffina composito batteria 10Ah litio il sistema di gestione del gruppo per l'esecuzione del calore sono stati confrontati con i risultati di due modi: un puro convezione naturale e paraffina ad una portata di 1C, un composito di rame utilizzando una schiuma come materiali di gestione termica, convezione dell'aria e una modalità di confronto paraffina pura. bassa temperatura superficiale batteria erano 29% e 12%. Hussain et al., utilizzando una temperatura superficiale batteria al nichel batterie agli ioni di litio in materiale composito 3.4Ah. essi hanno scoperto che, a 2C tasso di scarico, la temperatura superficiale della batteria e aria, rispettivamente, rispetto al naturale puro modalità di paraffina sono giù 31% e del 24% dopo Samimi et paraffina carbonio materiale composito in fibra, il calo della temperatura superficiale della batteria 15 ℃. la conduttività termica del composito contrasto paraffina pura, elevata conducibilità termica del 81-273%. Sabbah et al. La grafite è stata utilizzata per migliorare la conduttività termica delle paraffine, hanno usato i riscaldatori elettrici come batterie e hanno scoperto che grazie all'uso di compositi in grafite-PCM, temperatura superficiale viene ridotta 5%. Khateeb et al schiuma di alluminio utilizzata per migliorare la conduttività termica di paraffina. Essi hanno scoperto che la temperatura superficiale del 13.2Ah batteria 5% inferiore cere normali.
In studi precedenti, batteria gestione termica agli ioni di litio è usato principalmente grafene - materiale composito grafite o un metallo espanso (rame, nichel o alluminio) / composito di grafite materiale grafene conducibilità termica è molto elevata (~ 2000- 3000 W / (mK)). La conduttività termica della paraffina è stata migliorata dal nichel di schiuma immerso in rivestimenti di nichel e grafene espanso.
Ma il problema è, un nichel solo sei volte la conducibilità termica, e alle alte temperature, grafite - compositi di polistirene proprietà termomeccaniche (ad esempio, resistenza a trazione e resistenza alla compressione) diventa più debole qui riportati Il nichel di schiuma rivestito con grafene viene utilizzato come sistema di gestione termica per batterie agli ioni di litio.
2 schiuma di nichel rivestita con grafene come panoramica dei materiali del sistema di gestione termica della batteria al litio
Per risolvere i problemi di cui sopra, in questo studio, una gestione termica batteria agli ioni di litio di nuovi materiali di gestione termica (grafene, un metallo (nichel) schiuma paraffina e loro combinazioni) utilizzando nichel molti vantaggi: resistenza alla corrosione, superiore resistenza e duttilità. proprietà meccaniche di nichel può essere aumentata utilizzando una particella rinforzato nichel / fiber. atomi di carbonio possono essere facilmente disciolti in nichel a causa della loro elevata solubilità in nichel, e la superficie di nichel possono essere facilmente formate in anticipo modello, è possibile preparare accuratamente la geometria preferita del modello di grafene. sintetizzando applicabile ad una grafene nichel con una gamma di materiali porosi grafene mostrato un'eccellente compatibilità. grafene materiale composito a base avente un materiale composito superiore stessa proprietà meccaniche, e ha un basso coefficiente di dilatazione termica. Zhao et al. relazione nel materiale composito, le proprietà meccaniche del materiale composito grafene (alcool polivinilico e grafene nano-fogli) modulo di Young e fu aumentata di circa 10 volte e 150%. grafene cresciuto su una spugna di nickel sarà difficile GCN (con l'aggiunta di 0,05 g / L grafene, Ni schiuma durezza dei originali 1,2 volte). prestazioni schiuma GCN ciclismo Eccellente (a 3 mA / cm anche dopo 10.000 cicli tasso capacità di ritenzione del 98%).
In questo studio, gestione termica viene raggiunto da una batteria agli ioni di litio con un nuovo materiale - un grafene rivestite saturo nichel schiuma (GCN) per completare la crescita di grafene è rivestito su un nichel espansa utilizzando deposizione di vapore chimico. ottenuta è stata aggiunta cera conducibilità paraffina termico schiuma GCN, la paraffina pura maggiore di 23 volte. paraffina solida viene utilizzato come il materiale a cambiamento di fase (PCM), rispetto alla cera di paraffina pura, paraffina aggiunto GCN schiuma, che aumenta la temperatura di fusione , inferiore alla temperatura di solidificazione della paraffina pura, l'aggiunta di calore latente e calore specifico GCN schiuma paraffina diminuito del 30% e 34%, rispettivamente, i risultati applicativi confrontati in un materiale batteria al litio 5 tipi di gestione termica: un nichel solido paraffina, GCN, espanso nichel + paraffine, e cera di paraffina + GCN rispetto a corrente di scarica 1.7A in nickel espanso, utilizzando PCM saturato spugna di nickel aumento di temperatura della batteria grafene rivestite del 17%.
3 Conclusione
spugna di nickel preparato usando un vapour deposition tecnica grafene preparazione rivestimento chimico. Lo spessore di uno strato di nichel grafene espanso è di 1-2 nanometri. paraffina espanso nichel come il materiale a cambiamento di fase è immersa nella grafite grafene rivestita impregnati alchenile paraffina caratteristiche termiche di un rivestimento di nichel e la sua applicazione nel caso di uno ione di litio gestione termica della batteria, i principali risultati sono riassunti di seguito.
1) Misurazione utilizzando laser saturato paraffina grafene composito espanso rivestimento in nichel pulsata e la conducibilità termica del nichel espanso paraffina paraffina materiale ulteriore supporto composito. I risultati mostrano che la spugna di nickel grafene rivestite conducibilità termica paraffina pura aumentato di 23 volte, e la conducibilità termica di nichel puro schiuma paraffina aumentato di 6 volte.
2) rivestire la grafene osservare il nichel schiuma satura e una temperatura di fusione di materiali compositi nichel paraffina composti cera e la temperatura di congelamento, e confrontati con materiale puro paraffina composito (nickel espanso schiuma di paraffina satura / rivestito con grafene espanso nichel) temperatura di fusione e la temperatura di congelamento aumentata e diminuita; spugna di nickel come risultato di questa interazione con paraffina.
3) rispetto al puro calore latente paraffina, paraffina satura nichelatura espanso grafene composito calore latente viene ridotta del 30%. Ciò è dovuto alla saturazione del composito decisione espanso nichel paraffina grafene rivestite con ridotta frazione in massa di paraffina . paraffina ridotta massa a causa della presenza di piccole cavità della schiuma metallica. capacità termica intrinseca del materiale composito sono espanso rapporto nichel paraffina degli stati solidi e liquidi meno pure materiale 16% di paraffina e il 12%, e un grafene saturo paraffina nichelato capacità termica specifica fosse minore di quella della paraffina solida e liquido puro al 35% e 34%, stato materiale composito. il motivo è che una piccola capacità termica rispetto al telaio PCM metallo puro (spugna di nickel e la spugna di nickel rivestito con grafene) è.
4) Infine, lo studio comprende materiale all'applicazione sviluppo (cioè, una batteria agli ioni di litio gestione termica) è anche studiato e confrontato quattro ulteriori materiali di gestione termica, cioè spugna di nickel, spugna di nickel rivestito con grafene, paraffina e spugna di nickel paraffina abbassare la corrente di scarica 1.7A, saturo spugna di nickel grafene rivestite che semplicemente utilizzando una riduzione della temperatura superficiale della batteria nichel del 17%.
