باتری یون لیتیوم به دلیل انرژی بالا و تراکم قدرت بالا به عنوان منبع اصلی قدرت برای وسایل نقلیه الکتریکی و وسایل نقلیه الکتریکی هیبریدی خود، در حالی که قدرت بالا به ارمغان می آورد مقدار زیادی از گرما. با این حال، باتری های لیتیوم بسیار حساس به دما، بیش از حد بالا یا خیلی پایین است دمای عملیاتی بر عملکرد و عمر باتری تأثیر می گذارد. سیستم مدیریت حرارتی مؤثر و جمع و جور برای کنترل دمای شدید دما مورد نیاز است. TMS فعال و TMS غیرفعال دو تکنیک مدیریت حرارتی محبوب هستند.
مدیریت حرارت فعال، انرژی مورد نیاز به درایو سیستم مدیریت حرارتی، شامل: یک اجباری هوا سرد، خنک کننده آب، گرما خنک کننده لوله، خنک کننده است بیشتر رایج مدیریت حرارتی منفعل، مصرف انرژی است نقاط، از جمله خنک کننده طبیعی، تغییر فاز مشخص شده است. خنک کننده مواد و غیره
مدیریت حرارتی فعال
ترنسپاندر و همکاران، ماژول لوله های حرارتی برای یک مدیریت حرارتی باتری لیتیوم یون طراحی شده است. آنها دریافتند که لوله های انتقال حرارت مختلف باتری اضافه HEV تهویه ثابت راه حل های موثر مدیریت حرارتی. گرکو و همکاران طراحی و توسعه یک مدل از لوله های انتقال حرارت یک بعدی گذرا مدل حرارتی ترکیب مدار است. آنها نشان می دهد که درجه حرارت باتری لیتیوم یون با استفاده از یک مدل یک بعدی گذرا از 52 ℃ به 28 ℃ کاهش داد. محمدیان باله و همکاران آلومینیوم برای خنک کردن یونهای لیتیوم فوم درج سلول. آنها دریافتند که، در مقایسه با حالت بدون استفاده از فوم آلومینیوم، فوم آلومینیوم پس از استفاده در فرو رفتن حرارت، درجه حرارت سطح از باتری لیتیوم یون به طور قابل توجهی کاهش می یابد. ژائو و همکاران، با استفاده از استوانه های خنک کننده مایع خنک کننده یک باتری لیتیوم یون. آنها سیلندر هیدرولیک دمای سطح 42 باتری استوانه ای زیر 40 درجه سانتیگراد نگه داشته می شود. با توجه به افزودن پمپ های گرما، غرق گرما، مجموعه های فن و غیره، تمام روش های خنک کننده فعلی بالا گران هستند.
مدیریت حرارتی منفعل
مدیریت حرارتی منفعل (مانند مواد تغییر فاز) در سال های اخیر توجه بیشتر و بیشتر مردم، به دلیل آن را کارآمد، جمع و جور و سبک وزن است. مواد تغییر فاز (PCM) در شکل گرما ذخیره سازی گرمای نهان، گرمای نهان رسانه های بزرگتر می باشد به طور عمده آب، پارافین و دیگر نمک های معدنی، و غیره در طول ذخیره سازی گرمای نهان PCM با تغییر فاز دمای تقریبا ثابت از جامد به مایع و یا مایع به سیستم PCM TMS گاز اعمال می شود، به طور کلی دارای شرایط زیر است:
1) دمای گذار فاز مناسب، بزرگتر از گرمای نهان، هدایت حرارتی مناسب (معمولا باید بزرگتر باشد)؛
2) پدیده تفکیک باید در فرایند تغییر فاز رخ نمی دهد، طوری که به علت تغییر در ترکیب شیمیایی از رسانه های تغییر فاز است.
3) تغییر فاز قابل برگشت بهتر، درجه سرد کردن باید کوچک، عملکرد پایدار باشد.
4) غیر سمی، غیر خورنده، غیر آلوده؛
5) استفاده از زنگ خطر ایمنی، غیر قابل اشتعال، انفجاری یا اکسیداتیو؛
6) نرخ بارداری سریعتر و نرخ رشد کریستال.
7) الزامات عملکرد فیزیکی: فشار بخار کم؛ سرعت گسترش حجم کوچکتر؛ تراکم بیشتر؛
8) الزامات عملکرد اقتصادی: آسان برای خرید مواد اولیه، قیمت های ارزان تر.
در این مقاله، یکی از دانشگاه هنگ کنگ علم و صنعت عابد حسین که در سال 2018 در "مجله بین المللی علوم حرارتی، مقالات مجلات منتشر شده" مدیریت حرارتی باتری های یون لیتیوم با استفاده از گرافن پوشش داده شده فوم نیکل اشباع شده با مواد تغییر فاز، ادبیات توصیف گرافیت ویژگی های برتر کامپوزیت نیکل پوشش داده شده alkenyl پارافین مواد مواد PCM در باتری لیتیوم قدرت سیستم مدیریت حرارتی استفاده می شود. 1.7A و در جریان تخلیه شده، تضاد نیکل، موم پارافین، GCN، نیکل فوم + پارافین، موم پارافین و + GCN نتایج مدیریت حرارتی، نشان داد که استفاده از فوم نیکل در مقایسه با اشباع گرافن پوشش داده شده فوم نیکل به سادگی با استفاده از یک باتری نیکل کاهش دمای سطح 17٪.
1 بررسی کلی زمینه
PCM مشترک داشتن یک هدایت حرارتی بسیار کم (0.1-0.3W / (متر · K)). نرخ بازسازی کننده است که توسط یک هدایت حرارتی کم از PCM است. بسیاری از تکنیک های در ادبیات برای بهبود هدایت حرارتی از PCM ذکر شده است. گلی و همکاران گرافن مواد کامپوزیت مورد استفاده برای بهبود هدایت حرارتی از PCM خالص است. آنها دریافتند که هدایت حرارتی کامپوزیت گرافن / پارافین رسد 45W / (MK)، هدایت حرارتی گرافیت خالص 0.2W / (MK) است. آنها همچنین در جریان تخلیه از 5A، استفاده از افزایش درجه حرارت از / پارافین باتری لیتیوم یون کامپوزیت گرافن 16 ℃ مشاهده شد، بدون درجه حرارت گرافن / کامپوزیت پارافین 37 ℃ است. Kizilel و همکاران ماتریس گرافیت به منظور بهبود هدایت حرارتی. مشاهده کردند که هدایت حرارتی از پارافین گرافیت حدود 17W / (MK)، منجر به PCM یکنواخت مخلوط کردن باتری لیتیوم یون تحت شرایط فشار و دمای طبیعی است. از Aadmi و همکاران با اضافه کردن پارافین جامد به بدن ساخته شده از لوله های فلزی انتقال حرارت از رزین های اپوکسی افزایش می یابد 3-4 بار. آنها دریافتند که با افزایش محتوای موم در مواد کامپوزیت می توانید ظرفیت ذخیره سازی بیشتر و افزایش درجه حرارت پایین تر دست یابد.
فوم فلزی نیز نشان داده شده است به افزایش توان PCM هدایت حرارتی گزینه قابل دوام. تخلخل بالا، خواص فیزیکی حرارتی خوب و استحکام مکانیکی یکی از ویژگی های قابل توجهی از فوم های فلزی است. لی و همکاران، استفاده از فوم مس مطالعه کامپوزیت پارافین باتری 10Ah لیتیوم یون سیستم گروه مدیریت برای عملکرد از گرما آنها با نتایج حاصل از دو حالت مقایسه شدند: همرفت هوا طبیعی خالص و پارافین در یک نرخ تخلیه 1C، یک کامپوزیت مس با استفاده از فوم به عنوان مواد مدیریت حرارتی، حالت همرفت هوا و پارافین خالص حالت مقایسه. دمای سطح باتری کم 29٪ و 12٪ بود. حسین و همکاران، با استفاده از یک دمای سطح باتری نیکل مواد کامپوزیت 3.4Ah باتری های لیتیوم یون. آنها دریافتند که در 2C میزان تخلیه، دمای سطح باتری و هوا، به ترتیب، از خالص و طبیعی حالت پارافین پایین 31٪ و 24٪ بعد از صمیمی و همکاران پارافین کربن مواد کامپوزیت فیبر، افت دمای سطح باتری 15 ℃. هدایت حرارتی کامپوزیت مقابل پارافین خالص، افزایش هدایت حرارتی 81-273٪. صباح و همکاران گرافیت برای افزایش هدایت حرارتی پارافین ها استفاده می شود. آنها از باطری های الکتریکی به عنوان باتری استفاده می کردند و دریافتند که با استفاده از کامپوزیت های گرافیتی PCM، دمای سطح کاهش می یابد 5٪ است. KHATEEB و همکاران فوم آلومینیوم استفاده می شود برای بهبود هدایت حرارتی پارافین. آنها دریافتند که دمای سطح باتری 13.2Ah 5٪ کمتر از واکس طبیعی است.
در مطالعات قبلی، باتری مدیریت حرارتی لیتیوم یون استفاده شده است به طور عمده گرافن - مواد کامپوزیت گرافیت یا یک فلز فوم (مس، نیکل یا آلومینیوم) / کامپوزیت گرافیت هدایت حرارتی گرافن ماده بسیار بالا است (~ 2000- 3000W / (mK). هدایت حرارتی موم پارافین توسط نیکل فوم غوطه ور شده در پوشش های نیکل و گرافن فوم بهبود یافته است.
اما مشکل این است، یک نیکل تنها شش برابر هدایت حرارتی، و در دمای بالا، گرافیت - پلی استایرن کائوچو و مواد مرکب خواص ترمومکانیکی (به عنوان مثال، استحکام کششی و مقاومت فشاری) ضعیف تر می شود در اینجا، گزارش نیکل فوم با پوشش گرافن به عنوان یک سیستم مدیریت حرارتی برای باتری های لیتیوم یون استفاده می شود.
2 گرافن فوم نیکل پوشش داده شده به عنوان یک منبع تغذیه سیستم باتری لیتیوم بررسی مواد
برای حل مشکلات فوق، در این مطالعه، یک مدیریت حرارتی باتری لیتیوم یون از مواد جدید مدیریت حرارتی (گرافن، یک فلز (نیکل) فوم پارافین و ترکیبات آن) با استفاده از مزایای بسیاری نیکل: مقاومت در برابر خوردگی، بالاتر از قدرت و انعطاف پذیری. خواص مکانیکی نیکل می توان با استفاده از یک نیکل فیبر / ذرات تقویت افزایش یافته است. اتم های کربن می تواند به راحتی در نیکل به دلیل حلالیت بالا خود را در نیکل حل شده، و سطح نیکل می تواند به راحتی در پیش تشکیل الگوی، ممکن است به دقت آماده سازی هندسه ترجیح داده از الگوی گرافن. گرافن سنتز قابل اجرا به گرافن نیکل با طیف وسیعی از مواد متخلخل سازگاری عالی نشان داد. مواد کامپوزیت مبتنی بر گرافن داشتن مواد کامپوزیت برتر خود را خواص مکانیکی و دارای ضریب انبساط حرارتی پایین. ژائو و همکاران گزارش در مواد کامپوزیت، مدول یانگ و خواص مکانیکی مواد کامپوزیت گرافن (پلی وینیل الکل و گرافن نانو ورق) تا حدود 10 برابر افزایش یافته بود و 150٪. گرافن رشد در یک فوم نیکل خواهد GCN سخت تر (با علاوه بر این از 0.05g / L گرافن، نیکل فوم سختی از اصلی 1.2 بار). دوچرخه سواری عملکرد GCN فوم عالی (در 3mA / CM حتی پس از ظرفیت 10000 چرخه نرخ حفظ 98٪).
یک گرافن پوشش داده شده اشباع نیکل فوم (GCN) برای تکمیل رشد گرافن بر روی یک نیکل فوم با استفاده از رسوب بخار شیمیایی پوشش داده شده - در این مطالعه، مدیریت حرارتی است که توسط یک باتری لیتیوم یون با استفاده از یک ماده جدید به دست آورد. به دست آمده فوم GCN موم هدایت حرارتی پارافین، پارافین خالص بالاتر از 23 بار. پارافین جامد به عنوان ماده تغییر فاز (در PCM) استفاده می شود، در مقایسه با موم روغن پارافین خالص اضافه شده است، پارافین اضافه فوم GCN، که باعث افزایش دمای ذوب ، کمتر از دمای انجماد از موم پارافین خالص، علاوه بر این از گرمای نهان و خاص حرارت GCN فوم پارافین با 30 درصد و 34 درصد، به ترتیب در مواد باتری لیتیوم کاهش، کاربرد در مقایسه 5 نوع از مدیریت حرارتی: نیکل جامد پارافین، GCN، فوم نیکل + پارافین، موم پارافین و + GCN در مقایسه با جریان تخلیه 1.7A در نیکل فوم، با استفاده از PCM اشباع گرافن پوشش داده شده فوم نیکل افزایش درجه حرارت باتری 17٪.
3 نتیجه گیری
فوم نیکل آماده با استفاده از روش گرافن آماده سازی پوشش شیمیایی رسوب بخار، ضخامت یک لایه نیکل گرافن فوم 1/2 نانومتر است. پارافین نیکل به عنوان مواد تغییر فاز در گرافیت-گرافن پوشش داده شده آغشته alkenyl پارافین غوطه ور فوم ویژگی های حرارتی از یک پوشش نیکل و کاربرد آن در مورد یک مدیریت حرارتی باتری لیتیوم یون، نتایج اصلی به شرح زیر خلاصه شده است.
1) اندازه گیری با استفاده از کامپوزیت فوم پوشش نیکل لیزر اشباع پارافین گرافن پالس و هدایت حرارتی کامپوزیت نیکل فوم پارافین پارافین مواد پشتیبانی بیشتر است. نتایج نشان می دهد که-گرافن پوشش داده شده فوم نیکل هدایت حرارتی پارافین خالص 23 برابر افزایش یافته است، و انتقال حرارت از نیکل خالص فوم پارافین افزایش 6 برابر شده است.
2) پوشش گرافن مشاهده نیکل فوم اشباع و دمای ذوب مواد کامپوزیت نیکل پارافین ترکیب موم و دمای انجماد، و در مقایسه با مواد کامپوزیت پارافین خالص (نیکل فوم فوم پارافین اشباع / پوشش داده شده با گرافن نیکل فوم) دمای ذوب و دمای انجماد افزایش و کاهش. فوم نیکل به عنوان یک نتیجه از این تعامل با پارافین.
3) در مقایسه با خالص گرمای نهان پارافین، پارافین اشباع پوشش نیکل فوم کامپوزیت گرافن گرمای نهان است، 30 درصد کاهش می یابد. این به دلیل اشباع از کامپوزیت تصمیم فوم پارافین نیکل گرافن پوشش داده شده کسر جرمی پارافین کاهش . پارافین جرم با توجه به حضور حفره کوچکی از فوم فلزی کاهش می یابد. ظرفیت گرمایی ذاتی مواد کامپوزیت می نسبت نیکل پارافین از کشورهای جامد و مایع کمتر خالص مواد 16٪ پارافین و 12 درصد اتیلن، و یک گرافن اشباع پارافین نیکل پوشش داده شده ظرفیت گرمایی ویژه کوچکتر از پارافین جامد و مایع خالص در 35٪ و 34٪، و مواد کامپوزیت دولت بود. به همین دلیل است که یک ظرفیت گرمایی کوچک در مقایسه با قاب PCM فلز خالص (فوم نیکل و فوم نیکل پوشش داده شده با گرافن) است.
4) در نهایت، مطالعه شامل برنامه توسعه مواد (به عنوان مثال، یک باتری لیتیوم یون مدیریت حرارتی) نیز بررسی و مقایسه چهار اضافی مواد مدیریت حرارتی، به عنوان مثال فوم نیکل، نیکل فوم پوشش داده شده با گرافن، موم پارافین، و فوم نیکل پارافین کاهش ترشحات 1.7A فعلی، اشباع گرافن پوشش داده شده فوم نیکل به سادگی با استفاده از یک باتری نیکل کاهش دمای سطح 17٪.
