As baterias de iões de lítio, devido à sua alta energia e alta densidade de potência como a principal fonte de alimentação para veículos eléctricos e veículos eléctricos híbridos, enquanto alta potência traz grande quantidade de calor. No entanto, as baterias de lítio são muito sensíveis à temperatura, demasiado elevada ou demasiado baixa temperatura de operação, trará o desempenho e impacto a vida da bateria. necessidade de sistema eficaz e compacto gerenciamento térmico (TMS) para gerir o seu aumento de temperatura extrema. TMS ativa e TMS são dois populares tecnologia de gerenciamento térmico passivo.
gestão de calor activa, a energia necessária para accionar o sistema de gestão de temperatura, que compreende: um de refrigeração de ar forçado, de arrefecimento de água, arrefecimento por tubos de calor, o arrefecimento é a gestão térmica passiva mais comum, o consumo de energia não está marcado locais, incluindo o arrefecimento natural, a mudança de fase. Resfriamento de material e assim por diante.
Gerenciamento térmico ativo
Tran et al., O módulo de tubos de calor é desenhado para uma gestão térmica bateria de iões de lítio. Eles encontraram que os tubos de calor de ventilação diferente bateria adicionado HEV provou soluções eficazes de gestão térmica. Greco et ai. Desenvolveram um modelo de tubos de calor um modelo tridimensional térmica circuito de combinação transiente. eles mostram que a temperatura da bateria de lítio é reduzido usando um modelo unidimensional do transiente de 52 ℃ a 28 ℃. Mohammadian aletas et al de alumínio para arrefecer os iões de lítio espuma de inserção células. eles descobriram que, em comparação com o processo sem a utilização de espuma de alumínio, de espuma de alumínio depois da utilização dentro do dissipador de calor, a temperatura da superfície da bateria de lítio é significativamente reduzida. Zhao et al., utilizando um cilindro de arrefecimento a líquido de arrefecimento uma bateria de iões de lítio. eles cilindro hidráulico A temperatura da superfície de 42 baterias cilíndricas é mantida abaixo de 40 ° C. Devido à adição de bombas de calor, dissipadores de calor, conjuntos de ventiladores, etc., todos os métodos de resfriamento ativo acima são caros.
Gerenciamento térmico passivo
O gerenciamento térmico passivo (como os materiais de mudança de fase) tem recebido atenção crescente nos últimos anos devido à sua alta eficiência, compactação e baixo peso.Materiais de mudança de fase (PCMs) armazenam calor na forma de calor latente e fontes de calor latente incluem principalmente água, parafina. E alguns outros sais inorgânicos, etc. Durante o armazenamento de calor latente, o PCM sofre uma mudança de fase de um sólido para um líquido ou um líquido para um gás a uma temperatura quase constante.PCM é usado em um sistema TMS e geralmente tem os seguintes requisitos:
1) ter temperatura de transição de fase adequada, grande calor latente de mudança de fase, condutividade térmica adequada (geralmente grande);
2) O fenômeno de fundição não deve ocorrer durante a mudança de fase, de modo a não causar mudanças na composição química do meio de mudança de fase;
3) A reversibilidade da transição de fase é melhor, o grau de super-resfriamento deve ser o menor possível e o desempenho é estável;
4) Não-tóxico, não corrosivo, não poluente;
5) O uso de deterioração de segurança, não inflamável, explosiva ou oxidativa;
6) Taxa de cristalização mais rápida e taxa de crescimento de cristais.
7) Requisitos de desempenho físico: Baixa pressão de vapor, menor taxa de expansão de volume, maior densidade;
8) Requisitos de desempenho econômico: Fácil de comprar matérias-primas, preços mais baratos.
Neste artigo, um de Hong Kong Universidade de Ciência e Tecnologia Abid Hussain, que em 2018 publicado no 'International Journal of Ciências Térmicas' os papéis do jornal 'gestão térmica de baterias de íon de lítio usando grafeno revestido de espuma de níquel saturado com materiais de mudança de fase', a literatura descreve a grafite uma revestida a níquel características superiores compósitos alcenilo parafina material de materiais PCM é aplicado no sistema de gestão de temperatura da bateria de alimentação de lítio. 1.7A e a uma corrente de descarga, um contraste níquel, cera de parafina, GCN, espuma de níquel + parafinas, cera de parafina e + GCN O efeito do gerenciamento de calor, descobriu que, em comparação com espuma de níquel, o uso de espuma de níquel revestido de grafeno saturado do que o uso de espuma de níquel sozinho, a temperatura da superfície da bateria diminuir em 17%.
1 Visão geral do campo
PCM comum que tem uma condutividade térmica muito baixa (0.1-0.3W / (mK)). Taxa regenerativo é afectada por uma baixa condutividade térmica do PCM. Muitas técnicas têm sido citados na literatura para melhorar a condutividade térmica do PCM. Goli et al grafeno material compósito utilizado para melhorar a condutividade térmica do PCM puro. descobriram que a condutividade térmica do compósito grafeno / parafina atinge 45W / (mK), a condutividade térmica de grafite pura é 0,2 W / (mK). eles observou-se também a uma corrente de descarga de 5A, o uso de aumento de temperatura de grafeno / parafina bateria de iões de lítio composto 16 ℃, sem o compósito temperatura grafeno / parafina é de 37 ℃. Kizilel et al matriz de grafite para melhorar condutividade térmica. observaram que a condutividade térmica da parafina grafite aproximadamente 17W / (mK), contribui para um PCM de mistura uniforme a bateria de iões de lítio, sob condições normais de temperatura e de pressão. Aadmi et al pela adição de parafina sólida com um corpo de metal tubular a condutividade térmica da resina epoxi é aumentada 3-4 vezes. eles descobriram que, aumentando o teor de cera no material compósito pode alcançar uma maior capacidade de armazenamento e menor aumento de temperatura.
espuma metica também sido mostrado para PCM opção viável condutividade térmica ser melhorada. alta porosidade, boas propriedades físicas térmico e uma resistência mecânica é uma característica significativa da espuma de metal. de Li et al., A utilização de estudo compósito parafina espuma cobre bateria 10Ah ião lítio o sistema de gestão do grupo para o desempenho do calor que foram comparados com os resultados de dois modos: um convecção natural de ar puro e de parafina a uma taxa de descarga de 1C, um composto de cobre utilizando uma espuma como materiais de tratamento térmico, o modo de convecção de ar e uma parafina pura modo de comparação. baixa temperatura da superfície da bateria eram 29% e 12%. Hussain et al., utilizando uma bateria de níquel de temperatura da superfície compósito 3.4Ah baterias de iões de lítio., descobriram que, em 2C taxa de descarga, a temperatura da superfície da bateria e de ar, respectivamente, do que o natural puro modos de parafina estão abaixo de 31% e 24% após Samimi et material compósito de fibra de carbono de parafina, a queda de temperatura da superfície da bateria 15 ℃. a condutividade térmica do contraste parafina pura composto, o aumento da condutividade térmica de 81-273%. Sabbah et al. usando grafite para melhorar a condutividade térmica de parafina. eles bateria como um aquecedor eléctrico, encontrado, o uso de materiais compósitos de grafite -PCM, mais A temperatura da superfície é reduzida de 5%. Khateeb et al espuma de alumínio usadas para melhorar a condutividade térmica de parafina. Eles encontraram que a temperatura da superfície da bateria 13.2Ah 5% menor do que as ceras normais.
Em estudos anteriores, a bateria de gestão de temperatura de iões de lítio é utilizado principalmente grafeno - Material compósito de grafite ou um metal de espuma (cobre, níquel ou de alumínio) / composto de grafite material de condutividade térmica grafeno é muito elevada (~ 2000- 3000W / (mK)) A condutividade térmica da parafina foi reforçada pelo níquel de espuma imerso em níquel expandido e revestimentos de grafeno.
Mas o problema é, uma única níquel seis vezes a condutividade térmica, e a altas temperaturas, de grafite - compósitos de poliestireno propriedades termomecânicas (por exemplo, resistência à tracção e de resistência à compressão) se torna mais fraca Aqui, relataram O níquel de espuma revestido com grafeno é usado como um sistema de gerenciamento térmico para baterias de íons de lítio.
2 espuma de níquel revestida com grafeno como uma visão geral do material do sistema de gerenciamento térmico de bateria de lítio
Para resolver os problemas acima, no presente estudo, uma gestão térmica bateria de iões de lítio de novos materiais de gestão térmica (grafeno, um metal (níquel) de espuma de parafina e combinações dos mesmos), utilizando níquel muitas vantagens: a resistência à corrosão, maior do que resistência e ductilidade. propriedades mecânicas de níquel pode ser aumentada utilizando um / partícula reforçado de fibra de níquel. átomos de carbono pode ser facilmente dissolvido na níquel por causa da sua elevada solubilidade em níquel, e a superfície de níquel pode ser facilmente formada com antecedência padrão, é possível preparar com exactidão a geometria preferida de padrão grafeno. grafeno sintetizar aplicável a uma grafeno níquel com uma variedade de materiais porosos mostraram uma excelente compatibilidade. material compósito à base de grafeno tendo o material compósito em si superiores propriedades mecânicas, e tem um menor coeficiente de expansão térmica. Zhao et ai. relatório no material compósito, o módulo de Young e as propriedades mecânicas do material compósito grafeno (álcool polivinílico e grafeno nano-folha) foi aumentada em cerca de 10 vezes e 150%. grafeno cultivadas em forma de uma espuma de níquel será mais difícil GCN (com a adição de 0,05 g / L grafeno, Ni espuma dureza dos originais 1,2 vezes). ciclismo desempenho da espuma GCN Excelente (em 3 mA / cm, mesmo depois de 10000 ciclos taxa de retenção de capacidade de 98%).
Neste estudo, o gerenciamento térmico de baterias de íons de lítio foi realizado usando um novo material, espuma de níquel revestida com grafeno saturado (GcN) .O crescimento de grafeno revestido em espuma de níquel foi realizado usando deposição de vapor químico. obtido foi adicionado espuma GCN cera condutividade térmica de parafina, a parafina pura superior a 23 vezes. a parafina sólida é utilizado como o material de mudança de fase (PCM), em comparação com a cera de parafina puro, parafina adicionado GCN espuma, o que aumenta a temperatura de fusão , inferior à temperatura de solidificação da cera de parafina puro, a adição de calor latente e calor GCN espuma parafina específica diminuíram em 30% e 34%, respectivamente, os resultados da aplicação em comparação com um material de bateria de lítio 5 tipos de gestão térmica: um sólido níquel parafina, GCN, espuma de níquel + parafinas, cera de parafina e + GCN em comparação com a corrente de descarga de 1.7A no níquel em espuma, usando PCM espuma níquel aumento da temperatura da bateria revestidas com grafeno saturado, de 17%.
3 conclusões
espuma de níquel preparado usando uma técnica de preparação grafeno químico de deposição de vapor de revestimento. A espessura de uma camada de níquel grafeno espuma é 1-2 nanometros. Parafina espuma de níquel como o material de mudança de fase está imerso na grafite revestida com grafeno impregnado alcenilo Parafina As propriedades térmicas da espuma de níquel revestida e sua aplicação no gerenciamento térmico de baterias de íons de lítio estão resumidas abaixo.
1) Medição do laser pulsado utilizando saturada parafina grafeno compósito espuma revestimento de níquel e a condutividade térmica da espuma de níquel Parafina Parafina material de suporte adicional compósito. Os resultados mostram que a espuma de níquel revestidas de grafeno condutividade térmica parafina pura Aumentou em 23 vezes, enquanto o níquel expandido aumentou a condutividade térmica da parafina pura 6 vezes.
2) o revestimento da grafeno observar o níquel espuma saturado e uma temperatura de fusão de materiais compósitos de níquel parafina compostos de cera e a temperatura de congelação, e comparação com o material compósito de parafina puro (níquel em espuma espuma de parafina saturado / revestido com grafeno A temperatura de fusão e a temperatura de congelamento do níquel em espuma aumentam e diminuem, respectivamente, devido à interação do níquel em espuma com a parafina.
3) em comparação com o calor latente de parafina puro, o calor latente de parafina saturados de revestimento de níquel espuma grafeno compósito é reduzida em 30%. Isto é devido à saturação da decisão de espuma de níquel parafina compósito revestido-grafeno reduzida fracção de massa de parafina . parafina massa reduzida devido à presença de pequenas cavidades da espuma metica. capacidade calorífica inerente do material compósito está espumado proporção níquel parafina dos estados sólido e líquido menos puras material de 16% de parafina e 12%, e um grafeno saturada parafina níquel revestido capacidade de calor específico foram menores do que a parafina sólida e líquida pura em 35% e 34%, de material compósito estado. a razão é que uma pequena capacidade térmica em relação à moldura PCM metal puro (espuma de níquel e a espuma de níquel revestido com grafeno) é.
4) Finalmente, o estudo inclui material de aplicação de desenvolvimento (isto é, uma bateria de iões de lítio de gestão de temperatura) também é estudada e comparada quatro material de gestão térmica adicional, isto é, de espuma de níquel, níquel de espuma revestidos com grafeno, cera de parafina, e espuma de níquel parafina diminuir a corrente de descarga 1.7A, espuma de níquel revestidas de grafeno saturada de utilizar simplesmente uma redução da temperatura da superfície da bateria de níquel de 17%.
