Las baterías de iones de litio debido a su alta energía y alta densidad de potencia como la fuente de energía principal para los vehículos eléctricos y los vehículos eléctricos híbridos, mientras que la alta potencia aporta gran cantidad de calor. Sin embargo, las baterías de litio son muy sensibles a la temperatura, demasiado alta o demasiado baja temperatura de funcionamiento, traerá el rendimiento y la duración de la batería impacto. necesita para sistema de gestión térmica eficaz y compacta (TMS) para gestionar su aumento de temperatura extrema. TMS TMS activo y son dos tecnología de gestión térmica pasiva popular.
la gestión activa de calor, la energía necesaria para accionar el sistema de gestión térmica, que comprende: un enfriamiento por aire forzado, enfriamiento de agua, refrigeración por tubos de calor, el enfriamiento se gestión térmica pasiva más común, el consumo de energía no se marca lugares, incluyendo la refrigeración natural, el cambio de fase. enfriar el material.
Active Thermal Management
Tran et al., El módulo de tubo de calor está diseñado para una batería de gestión térmica de iones de litio. Ellos encontraron que los tubos de calor de diferente batería ventilación añadido HEV demostraron soluciones eficaces de gestión térmica. Greco et al. Desarrollado un modelo de tubos de calor unidimensional transitoria modelo térmico circuito de combinación. ellos muestran que la temperatura de la batería de iones de litio se reduce mediante el uso de un modelo unidimensional del transitorio de 52 ℃ a 28 ℃. Mohammadian aletas et al aluminio para enfriar los iones de litio de espuma de inserción las células. ellos encontraron que, en comparación con el caso sin el uso de espuma de aluminio, espuma de aluminio después de su uso dentro del disipador de calor, la temperatura de la superficie de la batería de iones de litio se reduce significativamente. Zhao et al., usando un cilindro de refrigeración por líquido para la refrigeración de una batería de iones de litio. ellos cilindro hidráulico la temperatura de la superficie de la célula cilíndrica 42 se mantiene por debajo de 40 ℃. debido al aumento de bomba de calor, radiador, ventilador y otros componentes, todos los métodos anteriores son caro refrigeración activa.
gestión térmica pasiva
gestión térmica pasiva (tal como un material de cambio de fase) en los últimos años cada vez más atención de la gente, porque es eficiente, compacta y ligera. El material de cambio de fase (PCM) en forma de calor de almacenamiento de calor latente, calor latente de medios más grandes son principalmente agua, parafina y otras sales inorgánicas, etc., durante el almacenamiento de calor latente, se aplica PCM en un cambio de fase de temperatura casi constante de sólido a líquido o líquido al sistema de PCM TMS gas, generalmente tienen los siguientes requisitos:
1) tienen una temperatura de transición de fase adecuada, un gran calor latente de cambio de fase, una conductividad térmica adecuada (generalmente grande);
2) El fenómeno de la fusión no debe ocurrir durante la transición de fase para no causar cambios en la composición química del medio de cambio de fase;
3) La reversibilidad de la transición de fase es mejor, el grado de sobreenfriamiento debe ser lo más pequeño posible y el rendimiento es estable;
4) No tóxico, no corrosivo, no contaminante;
5) El uso de la seguridad, el deterioro no inflamable, explosivo u oxidativo;
6) Tasa de cristalización más rápida y tasa de crecimiento de cristales.
7) Requisitos de rendimiento físico: baja presión de vapor, menor tasa de expansión de volumen, mayor densidad;
8) Requisitos de rendimiento económico: fácil de comprar materias primas, precios más baratos.
En este trabajo, uno de la Universidad de Hong Kong de Ciencia y Tecnología Abid Hussain, que en 2018 publicó en el Diario Internacional de Ciencias de Thermal papeles Journal 'gestión térmica de las baterías de iones de litio, usando recubierto grafeno espuma de níquel saturado con materiales de cambio de fase', la literatura describe el grafito una aleación de níquel recubiertas de características superiores compuestas alquenilo parafina material de materiales PCM se aplica en el sistema de gestión térmica de la batería de litio de energía. 1,7A y en una corriente de descarga, un contraste níquel, cera de parafina, GCN, níquel espumado + parafinas y cera de parafina + GCN El efecto de la gestión del calor, encontró que el uso de níquel espumado en comparación con el uso de espuma de níquel recubierto con grafeno saturado que el simple uso de espuma de níquel, el aumento de la temperatura de la superficie de la batería disminuyó en un 17%.
1 Descripción general del campo
PCM común que tiene una conductividad térmica muy baja (0.1-0.3W / (m · K)). Tasa regenerativa se ve afectado por una baja conductividad térmica de la PCM. Muchas técnicas se han mencionado en la literatura para la mejora de la conductividad térmica de la PCM. Goli et al grafeno material compuesto utilizado para mejorar la conductividad térmica de la PCM pura. encontraron que la conductividad térmica del material compuesto de grafeno / parafina alcanza 45W / (mK), la conductividad térmica del grafito puro es 0,2 W / (mK). ellos también se observó a una corriente de descarga de 5A, el uso de aumento de temperatura de / parafina de la batería de iones de litio compuesto grafeno 16 ℃, sin que la temperatura de grafeno / compuesto de parafina es 37 ℃. Kizilel et al matriz de grafito para mejorar conductividad térmica. se observó que la conductividad térmica de la parafina grafito aproximadamente 17W / (mK), contribuye a una mezcla de la batería de iones de litio en condiciones normales de temperatura y presión PCM uniforme. Aadmi et al mediante la adición de parafina sólida a un cuerpo tubular de metal la conductividad térmica de la resina epoxi se aumenta 3-4 veces. encontraron que, mediante el aumento del contenido de cera en el material compuesto se puede lograr una mayor capacidad de almacenamiento y el aumento de temperatura más baja.
también espuma metálica demostrado ser opción viable conductividad térmica PCM mejorada. de alta porosidad, buenas propiedades físicas térmicas y resistencia mecánica es una característica significativa de la espuma de metal. De Li et al., el uso de estudio compuesta de parafina espuma de cobre batería 10Ah iones de litio el sistema de gestión de grupo para la ejecución del calor que se compararon con los resultados de dos modos: a convección natural del aire puro y de parafina a una velocidad de descarga de 1C, un compuesto de cobre usando una espuma como materiales de gestión térmica, el modo de convección de aire y una parafina puro modo de comparación. temperatura baja superficie de la batería eran 29% y 12%. Hussain et al., utilizando una batería de níquel temperatura de la superficie baterías de iones de litio material compuesto 3.4Ah. encontraron que, en 2C velocidad de descarga, la temperatura de superficie de la batería y del aire, respectivamente, que el puro y natural modos de parafina son 31% y 24% después de material compuesto de fibra de carbono de parafina Samimi et, la caída de temperatura de la superficie de la batería 15 ℃. la conductividad térmica del material compuesto contraste parafina pura, aumento de la conductividad térmica de 81 a 273%. Sabbah et al. utilizando grafito para mejorar la conductividad térmica de parafina. que la batería como un calentador eléctrico, que se encuentra, el uso de compuesto de grafito -PCM materiales, además de Temperatura de la superficie se reduce 5%. Khateeb et al espuma de aluminio se utiliza para mejorar la conductividad térmica de parafina. Encontraron que la temperatura de la superficie de la batería 13.2Ah 5% menor que las ceras normales.
En estudios anteriores, la batería de gestión térmica de litio-ion se utiliza principalmente grafeno - material compuesto de grafito o de un metal espumado (cobre, níquel o aluminio) / compuesto de grafito material de conductividad térmica grafeno es muy alta (~ 2000- 3000W / (mK)). la parafina tiene una conductividad térmica mejorada mediante la inmersión de un níquel y una capa de grafeno recubrimiento de níquel.
Pero el problema es, un níquel solamente seis veces la conductividad térmica, y a altas temperaturas, grafito - materiales compuestos de poliestireno propiedades termomecánicas (por ejemplo, resistencia a la tracción y resistencia a la compresión) se vuelve más débil Aquí, informaron El níquel de espuma con recubrimiento de grafeno se utiliza como sistema de gestión térmica para baterías de iones de litio.
2 espuma de níquel recubierto de grafeno como descripción general del material del sistema de gestión térmica de la batería de litio
Para resolver los problemas anteriores, en este estudio, una gestión térmica de la batería de iones de litio de nuevos materiales de gestión térmica (grafeno, un metal (níquel) de espuma de parafina y combinaciones de los mismos) usando níquel muchas ventajas: resistencia a la corrosión, mayor que resistencia y ductilidad. propiedades mecánicas de níquel se pueden aumentar mediante el uso de un níquel de fibra / partículas reforzada. átomos de carbono se pueden disolver fácilmente en el níquel debido a su alta solubilidad en níquel, y la superficie de níquel se pueden formar fácilmente por adelantado patrón, es posible preparar con precisión la geometría preferida de patrón de grafeno. sintetizar aplicable a una grafeno níquel con una gama de materiales porosos de grafeno mostraron excelente compatibilidad. material compuesto basado en grafeno que tiene material compuesto superiores propio propiedades mecánicas, y tiene un menor coeficiente de expansión térmica. Zhao et al. informe en el material compuesto, el módulo de Young y las propiedades mecánicas del material compuesto de grafeno (alcohol de polivinilo y grafeno nano-hoja) se incrementó en alrededor de 10 veces y 150%. grafeno crecido en una espuma de níquel se GCN más duro (con la adición de 0,05 g / L grafeno, dureza de la espuma de Ni de los originales 1,2 veces). ciclismo rendimiento GCN espuma Excelente (a 3 mA / cm incluso después de 10.000 ciclos tasa de retención de capacidad de 98%).
En este estudio, la gestión térmica se consigue mediante una batería de iones de litio usando un nuevo material - un níquel espuma grafeno recubierto saturado (GCN) para completar el crecimiento de grafeno está recubierta en una de níquel en espuma usando deposición química de vapor. obtenida se añadió espuma GCN cera conductividad térmica de parafina, la parafina pura superior a 23 veces. la parafina sólida se utiliza como el material de cambio de fase (PCM), en comparación con la cera de parafina pura, parafina añadió espuma GCN, lo que aumenta la temperatura de fusión , inferior a la temperatura de solidificación de la cera de parafina pura, la adición de calor latente y el calor de parafina específica espuma GCN disminuyó en un 30% y 34%, respectivamente, resultados de la aplicación en comparación en un material de batería de litio 5 tipos de gestión térmica: un sólido de níquel parafina, GCN, níquel + parafinas y cera de parafina + GCN espumado en comparación con la corriente de descarga de 1,7 a en el níquel espumado, usando espuma de níquel aumento de la temperatura de la batería PCM saturado grafeno recubierto de 17%.
3 conclusiones
espuma de níquel preparado usando una técnica de grafeno preparación química de revestimiento de deposición de vapor. El grosor de una capa de grafeno níquel espumado es de 1-2 nanómetros. Parafina espuma de níquel como el material de cambio de fase se sumerge en el grafito grafeno-revestidos, impregnados de parafina alquenilo características térmicas de un recubrimiento de níquel y su aplicación en el caso de una batería de gestión térmica de iones de litio, los principales resultados se resumen a continuación.
1) Medición usando pulsos láser saturado parafina grafeno compuesto espumado recubrimiento de níquel y la conductividad térmica del níquel material espumado más apoyo Parafina Parafina compuesto. Los resultados muestran que el grafeno recubierto de espuma de níquel conductividad térmica parafina pura Aumentó en 23 veces, mientras que el níquel espumado aumentó la conductividad térmica de la parafina pura 6 veces.
2) recubrir el grafeno observar el níquel espuma saturada y una temperatura de fusión de materiales compuestos de níquel compuestos cera de parafina y la temperatura de congelación, y se comparó con material compuesto de parafina pura (níquel espumado espuma de parafina saturada / recubierta con grafeno níquel espumado) temperatura de fusión y la temperatura de congelación aumentaron y disminuyeron; espuma de níquel como resultado de esta interacción con parafina.
3) en comparación con el calor latente de parafina pura, parafina saturada recubrimiento de níquel espumado grafeno compuesto calor latente se reduce en 30%. Esto es debido a la saturación de la decisión de espuma de níquel de parafina compuesto grafeno recubierto reduce fracción de masa de parafina . parafina reducción de la masa debido a la presencia de pequeñas cavidades de la espuma de metal. capacidad de calor inherente del material compuesto se espuman relación de parafina de níquel de los estados sólido y líquido menos puras material 16% de parafina y 12%, y una grafeno saturado parafina recubierto de níquel capacidad de calor específico eran más pequeñas que la de parafina sólida y el líquido puro a 35% y 34%, material compuesto estado. la razón es que una pequeña capacidad de calor en comparación con trama PCM metal puro (espuma de níquel y la espuma de níquel recubierto con grafeno) es.
4) Finalmente, el estudio incluye material aplicación de desarrollo (es decir, una batería de iones de litio de gestión térmica) también se estudió y comparó cuatro material adicional de gestión térmica, es decir, espuma de níquel, esponja de níquel recubierto con grafeno, cera de parafina, y espuma de níquel de parafina bajar el 1,7A corriente de descarga, saturado espuma de níquel grafeno recubierto de simplemente utilizando una reducción de la temperatura de superficie de la batería de níquel de 17%.
