แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเพราะพลังงานสูงของพวกเขาและความหนาแน่นพลังงานสูงเป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับยานพาหนะไฟฟ้าและยานพาหนะไฟฟ้าไฮบริดในขณะที่พลังงานสูงนำจำนวนมากของความร้อน. อย่างไรก็ตามแบตเตอรี่ลิเธียมมีความไวต่ออุณหภูมิสูงเกินไปหรือต่ำเกินไป อุณหภูมิในการทำงานจะนำประสิทธิภาพการทำงานและแบตเตอรี่ผลกระทบ. ต้องการสำหรับระบบการจัดการความร้อนที่มีประสิทธิภาพและมีขนาดกะทัดรัด (TMS) ในการจัดการการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของมันมาก. TMS ใช้งานและ TMS มีสองความนิยมเรื่อย ๆ เทคโนโลยีการจัดการความร้อน
การจัดการความร้อนที่ใช้งาน, พลังงานที่จำเป็นในการผลักดันระบบการจัดการความร้อนแบ่งออกเป็นกอากาศเย็นบังคับน้ำเย็นระบายความร้อนท่อความร้อนความเย็นเป็นเรื่องธรรมดามากสถานที่การจัดการความร้อน, การใช้พลังงานไม่ได้ทำเครื่องหมายเรื่อย ๆ รวมทั้งความเย็นตามธรรมชาติการเปลี่ยนแปลงขั้นตอน การหล่อเย็นวัสดุและอื่น ๆ
การจัดการความร้อนที่ใช้งานได้
Tran et al., โมดูลท่อความร้อนถูกออกแบบมาสำหรับการใช้งานแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนการจัดการความร้อน. พวกเขาพบว่าท่อความร้อนที่แตกต่างกันของแบตเตอรี่เพิ่มการระบายอากาศ HEV พิสูจน์แล้วว่าการแก้ปัญหาการจัดการความร้อนที่มีประสิทธิภาพ. กรี et al. การพัฒนารูปแบบของท่อความร้อน หนึ่งมิติชั่วคราวรูปแบบความร้อนรวมวงจร. พวกเขาแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะลดลงโดยใช้รูปแบบหนึ่งมิติของชั่วคราวจาก 52 ℃ถึง 28 ℃. Mohammadian ครีบ et al, อลูมิเนียมให้เย็นโฟมแทรกลิเธียมไอออน เซลล์. พวกเขาก็พบว่าเมื่อเทียบกับกรณีที่โดยไม่ต้องใช้โฟมอลูมิเนียมโฟมอลูมิเนียมหลังการใช้งานภายในอ่างความร้อนที่อุณหภูมิพื้นผิวของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ. Zhao et al., โดยใช้ถังทำความเย็นเหลวสำหรับระบายความร้อนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน. พวกเขากระบอกไฮดรอลิ อุณหภูมิพื้นผิวของเซลล์รูปทรงกระบอก 42 จะยังคงอยู่ที่ต่ำกว่า 40 ℃. เนื่องจากการเพิ่มขึ้นปั๊มความร้อนหม้อน้ำ, พัดลมและส่วนประกอบอื่น ๆ ทั้งหมดของวิธีการดังกล่าวมีการระบายความร้อนที่ใช้งานมีราคาแพง
การจัดการความร้อนแบบ Passive
การจัดการความร้อนแบบ Passive (เช่นวัสดุเปลี่ยนเฟส) ในปีที่ผ่านมามากขึ้นและความสนใจของผู้คนมากขึ้นเพราะมันมีประสิทธิภาพและมีขนาดกะทัดรัดและน้ำหนักเบา. วัสดุเปลี่ยนเฟส (PCM) ในรูปของความร้อนจัดเก็บความร้อนแฝงความร้อนแฝงสื่อขนาดใหญ่มีน้ำส่วนใหญ่พาราฟิน และเกลือนินทรีย์อื่น ๆ ฯลฯ ในระหว่างการจัดเก็บความร้อนแฝง PCM ที่เปลี่ยนเฟสอุณหภูมิเกือบคงที่จากของแข็งเป็นของเหลวหรือของเหลวกับระบบ PCM TMS ก๊าซถูกนำไปใช้โดยทั่วไปมีข้อกำหนดต่อไปนี้:
1) มีอุณหภูมิการเปลี่ยนเฟสที่เหมาะสม, ความร้อนแฝงขนาดใหญ่ของการเปลี่ยนเฟส, การนำความร้อนที่เหมาะสม (โดยทั่วไปใหญ่);
2) ปรากฏการณ์การถลุงไม่ควรเกิดขึ้นในระหว่างการเปลี่ยนเฟสเพื่อไม่ให้เกิดการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของตัวกลางการเปลี่ยนเฟส
3) ความผันกลับของการเปลี่ยนเฟสได้ดีขึ้นระดับการแช่แข็งควรมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้และประสิทธิภาพการทำงานจะคงที่
4) ปลอดสารพิษไม่กัดกร่อนไม่ก่อให้เกิดมลพิษ
5) การใช้ความปลอดภัยการไม่ทำลายหรือการเสื่อมสภาพของสารออกซิไดซ์;
6) อัตราการตกผลึกและอัตราการเติบโตของคริสตัลเร็วขึ้น
7) ความต้องการสมรรถภาพทางกาย: ความดันไอต่ำอัตราการขยายตัวที่เล็กลงความหนาแน่นสูงขึ้น
8) ความต้องการประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจ: ง่ายต่อการซื้อวัตถุดิบราคาถูกกว่า
ในบทความนี้จากฮ่องกงมหาวิทยาลัยฮ่องกงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี Abid ฮุสเซนที่ในปี 2018 ที่ตีพิมพ์ใน "วารสารนานาชาติ Thermal วิทยาศาสตร์วารสารเอกสารการจัดการความร้อนของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้เคลือบกราฟีนโฟมนิกเกิลอิ่มตัวด้วยวัสดุเปลี่ยนเฟส 'วรรณกรรมอธิบายกราไฟท์ นิกเกิลเคลือบลักษณะที่เหนือกว่าคอมโพสิต alkenyl พาราฟินวัสดุวัสดุ PCM ถูกนำไปใช้ในการใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ลิเธียมระบบการจัดการความร้อน. 1.7A และในปัจจุบันปล่อยความคมชัดนิกเกิลขี้ผึ้งพาราฟิน GCN นิกเกิลโฟม + Paraffins และพาราฟิน + GCN ผลของการจัดการความร้อนพบว่าเมื่อเทียบกับนิกเกิลโฟมการใช้นิกเกิลนิกเกิลเคลือบนิกเกิลกัมมันตรังสีกว่าการใช้นิกเกิลโฟมเพียงอย่างเดียวอุณหภูมิผิวของแบตเตอรี่ลดลง 17%
1 ภาพรวมฟิลด์
PCM ทั่วไปมีค่าการนำความร้อนต่ำมาก (0.1-0.3W / (m · K)). อัตราการฟื้นฟูผลกระทบจากการนำความร้อนต่ำของ PCM ได้. เทคนิคจำนวนมากได้รับการกล่าวถึงในวรรณคดีสำหรับการปรับปรุงการนำความร้อนของแบบ PCM Goli, et al graphene วัสดุคอมโพสิตที่ใช้ในการปรับปรุงการนำความร้อนของ PCM บริสุทธิ์. พวกเขาพบว่าการนำความร้อนของกราฟีน / พาราฟินคอมโพสิตถึง 45W / (มหาชน) หรือ mK การนำความร้อนของกราไฟท์บริสุทธิ์ 0.2W / (มหาชน) หรือ mK. พวกเขา นอกจากนั้นยังได้ตั้งข้อสังเกตในปัจจุบันการปล่อย 5A การใช้อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของกราฟีน / พาราฟินคอมโพสิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน 16 ℃โดยไม่ต้องอุณหภูมิ graphene / พาราฟินคอมโพสิต 37 ℃. Kizilel et al, เมทริกซ์กราไฟท์ในการปรับปรุง การนำความร้อน. พวกเขาสังเกตเห็นว่าการนำความร้อนของกราไฟท์พาราฟินประมาณ 17W / (มหาชน) หรือ mK ก่อให้ PCM เครื่องแบบผสมแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่อยู่ภายใต้อุณหภูมิและความดันสภาวะปกติ. Aadmi et al, โดยการเพิ่มพาราฟินมั่นคงในร่างกายโลหะท่อ การนำความร้อนของอีพอกซีเรซินจะเพิ่มขึ้น 3-4 ครั้ง. พวกเขาพบว่าโดยการเพิ่มเนื้อหาขี้ผึ้งในวัสดุคอมโพสิตสามารถบรรลุความจุที่สูงขึ้นและการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่ต่ำกว่า
โฟมโลหะยังแสดงให้เห็นว่าได้รับการปรับปรุง PCM การนำความร้อนที่ตัวเลือกที่ทำงาน. ความพรุนสูง, คุณสมบัติทางกายภาพที่ดีความร้อนและความแข็งแรงเชิงกลเป็นคุณลักษณะที่สำคัญของโฟมโลหะ. ของ Li et al., การใช้โฟมทองแดงศึกษาพาราฟินคอมโพสิตแบตเตอรี่ 10Ah ลิเธียมไอออน ระบบการจัดการกลุ่มสำหรับการทำงานของความร้อนที่พวกเขาถูกเมื่อเทียบกับผลที่ได้จากสองโหมดนี้: การหมุนเวียนอากาศบริสุทธิ์จากธรรมชาติและพาราฟินที่อัตราการไหลของ 1C, คอมโพสิตทองแดงโดยใช้โฟมเป็นวัสดุการจัดการความร้อนโหมดถ่ายเทอากาศและโหมดการเปรียบเทียบพาราฟินบริสุทธิ์ อุณหภูมิพื้นผิวแบตเตอรี่ต่ำเป็น 29% และ 12%. ฮุสเซน et al., ใช้แบตเตอรี่นิกเกิลอุณหภูมิพื้นผิววัสดุผสม 3.4Ah แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน. พวกเขาก็พบว่าที่อัตราการไหล 2C, อุณหภูมิพื้นผิวของแบตเตอรี่และอากาศตามลำดับกว่าธรรมชาติบริสุทธิ์ โหมดพาราฟินจะลดลง 31% และ 24% หลังจาก Samimi et พาราฟินคาร์บอนไฟเบอร์วัสดุคอมโพสิตลดลงอุณหภูมิพื้นผิวของแบตเตอรี่ 15 ℃. การนำความร้อนของคอมโพสิตตรงกันข้ามพาราฟินบริสุทธิ์เพิ่มขึ้นการนำความร้อนของ 81-273%. Sabbah et al, ใช้กราไฟท์ในการปรับปรุงการนำความร้อนของพาราฟิน. พวกเขาเป็นแบตเตอรี่เครื่องทำความร้อนไฟฟ้าพบว่าการใช้งานของกราไฟท์คอมโพสิต -PCM วัสดุบวก อุณหภูมิพื้นผิวจะลดลง 5%. Khateeb et al, โฟมอลูมิเนียมใช้ในการปรับปรุงการนำความร้อนของพาราฟิน. พวกเขาพบว่าอุณหภูมิพื้นผิวของแบตเตอรี่ 13.2Ah 5% ต่ำกว่าไขปกติ
ในการศึกษาก่อนหน้านี้การจัดการความร้อนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนส่วนใหญ่จะใช้กราฟีน - วัสดุผสมกราไฟท์หรือโลหะโฟม (ทองแดงนิกเกิลหรืออลูมิเนียม) / ราไฟท์คอมโพสิตวัสดุการนำความร้อนกราฟีนสูงมาก (~ 2000- 3000W / (มหาชน) หรือ mK). พาราฟินมีการนำความร้อนที่ดีขึ้นโดยการแช่นิกเกิลและนิกเกิลเคลือบชั้น graphene
แต่ปัญหาที่เป็นนิกเกิลเพียงหกครั้งการนำความร้อนและที่อุณหภูมิสูง, กราไฟท์ - สไตรีนคอมโพสิตคุณสมบัติเครื่องทดสอบ (เช่นความต้านทานแรงดึงและแรงอัด) กลายเป็นที่อ่อนแอกว่าที่นี่รายงาน นิกเกิลนิกเกิลเคลือบ Graphene เป็นระบบการจัดการความร้อนสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
2 นิกเกิลนิกเกิลเคลือบ graphene เป็นแบตเตอรี่ระบบลิเธียม
เพื่อแก้ปัญหาข้างต้นในการศึกษานี้การจัดการความร้อนของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนใช้วัสดุการจัดการความร้อนแบบใหม่ (graphene, โฟม (นิกเกิล) และพาราฟินผสม) ข้อดีของการใช้นิกเกิลเป็นจำนวนมาก: ความต้านทานการกัดกร่อน, อัตราส่วนสูง ความแข็งแรงและความเหนียวคุณสมบัติทางกลของนิกเกิลสามารถเพิ่มได้โดยการเสริมนิกเกิลด้วยเส้นใย / อนุภาคอะตอมของคาร์บอนสามารถละลายได้ง่ายในนิกเกิลเนื่องจากมีความสามารถในการละลายสูงในนิกเกิลและพื้นผิวของนิกเกิลสามารถทำขึ้นมาได้อย่างง่ายดาย ลวดลายสามารถถูกออกแบบให้เป็นรูปทรงเรขาคณิตที่ต้องการโฟมนิกเกิลเหมาะสำหรับการสังเคราะห์ graphene Graphene มีความเข้ากันได้ดีกับวัสดุที่มีรูพรุนวัสดุคอมโพสิตจากกราฟีนมีข้อดีเหนือคอมโพสิต สมบัติทางกลและมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่ต่ำกว่า Zhao et al รายงานว่าโมดูลัสของ Young และสมบัติเชิงกลของวัสดุผสมของกราฟีน (polyvinyl alcohol และ graphene nanosheets) ดีขึ้นประมาณ 10 เท่าและ 150% การเจริญเติบโตของกราฟีนต่อนิกเกิลฟลูออรีนจะทำให้โฟม GcN แข็งขึ้น (ด้วยการเติมกราฟีน 0.05 กรัม / ลิตรความแข็งของโฟม Ni สูงกว่า 1.2 เท่า) ประสิทธิภาพการทำงานของซีเมนต์ GcN ยอดเยี่ยม (อัตราการรักษาความจุ 98% หลังจาก 10,000 รอบที่ 3mA / cm)
ในการศึกษานี้การจัดการความร้อนจะประสบความสำเร็จจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้เป็นวัสดุใหม่ - อิ่มตัว graphene เคลือบนิกเกิลโฟม (GCN) เพื่อการเจริญเติบโตของกราฟีนที่มีการเคลือบนิกเกิลโฟมใช้สะสมไอสารเคมี ได้ถูกบันทึก GCN โฟมขี้ผึ้งการนำความร้อนพาราฟินพาราฟินบริสุทธิ์สูงกว่า 23 ครั้ง. พาราฟินของแข็งถูกนำมาใช้เป็นวัสดุเปลี่ยนเฟส (PCM) ที่เมื่อเทียบกับพาราฟินบริสุทธิ์พาราฟินเพิ่มโฟม GCN ซึ่งจะเป็นการเพิ่มอุณหภูมิหลอมละลาย ต่ำกว่าอุณหภูมิแข็งตัวของพาราฟินบริสุทธิ์นอกเหนือจากความร้อนแฝงและความร้อน GCN โฟมพาราฟินเฉพาะลดลง 30% และ 34% ตามลำดับผลการประยุกต์ใช้เมื่อเทียบในวัสดุแบตเตอรี่ลิเธียม 5 ชนิดของการจัดการความร้อน: นิกเกิลของแข็ง พาราฟิน, จีเอ็นซี, โฟมนิกเกิล + Paraffins และพาราฟิน + GCN เมื่อเทียบกับการปล่อยปัจจุบันของ 1.7A ในนิกเกิลโฟมใช้ PCM อิ่มตัว graphene เคลือบนิกเกิลเพิ่มขึ้นโฟมอุณหภูมิของแบตเตอรี่ 17%
ข้อสรุป 3 ข้อ
โฟมนิกเกิลเตรียมใช้ไอทับถมเทคนิค graphene เตรียมเคลือบสารเคมี. ความหนาของชั้นนิกเกิล graphene โฟม 1-2 นาโนเมตร. พาราฟินโฟมนิกเกิลเป็นวัสดุเปลี่ยนเฟสจะแช่ในไฟท์ graphene เคลือบชุบ alkenyl พาราฟิน คุณสมบัติทางความร้อนของนิกเกิลนิกเกิลเคลือบและการประยุกต์ใช้ในการจัดการความร้อนของแบตเตอรี่ Li-ion สรุปได้ดังนี้
1) การวัดการใช้เลเซอร์อิ่มตัวพาราฟิน graphene คอมโพสิตโฟมเคลือบนิกเกิลชีพจรและการนำความร้อนของโฟมนิกเกิลพาราฟินพาราฟินวัสดุคอมโพสิตสนับสนุนเพิ่มเติม. ผลการศึกษาพบว่ากราฟีนเคลือบโฟมนิกเกิลการนำความร้อนพาราฟินบริสุทธิ์ เพิ่มขึ้น 23 เท่าในขณะที่นิกเกิลที่เพิ่มขึ้นจะช่วยเพิ่มการนำความร้อนของพาราฟินบริสุทธิ์ 6 เท่า
2) การเคลือบกราฟีนสังเกตนิกเกิลโฟมอิ่มตัวและนิกเกิลขี้ผึ้งพาราฟินผสมวัสดุคอมโพสิตอุณหภูมิละลายและอุณหภูมิแช่แข็งและเมื่อเทียบกับวัสดุคอมโพสิตพาราฟินบริสุทธิ์ (โฟมโฟมนิกเกิลพาราฟินอิ่มตัว / เคลือบด้วยกราฟีน นิกเกิลโฟม) อุณหภูมิหลอมเหลวและแช่แข็งอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นและลดลง; โฟมนิกเกิลเป็นผลมาจากการทำงานร่วมกันนี้กับพาราฟิน
3) เมื่อเทียบกับความร้อนแฝงบริสุทธิ์พาราฟินพาราฟินอิ่มตัวเคลือบนิกเกิลโฟม graphene คอมโพสิตความร้อนแฝงจะลดลง 30%. นี้เกิดจากการอิ่มตัวของคอมโพสิตตัดสินใจโฟมนิกเกิลพาราฟิน graphene เคลือบลดลงส่วนมวลของพาราฟิน . พาราฟินลดมวลเพราะการปรากฏตัวของฟันผุเล็ก ๆ ของโฟมโลหะ. ความจุความร้อนโดยธรรมชาติของวัสดุคอมโพสิตโฟมอัตราส่วนนิกเกิลพาราฟินของรัฐที่เป็นของแข็งและของเหลวบริสุทธิ์น้อยวัสดุ 16% พาราฟินและ 12% และเคลือบนิกเกิล graphene อิ่มตัวพาราฟิน ความจุความร้อนจำเพาะมีขนาดเล็กกว่าที่ของพาราฟินของแข็งและของเหลวบริสุทธิ์ 35% และ 34% รัฐวัสดุคอมโพสิต. เหตุผลก็คือความจุความร้อนขนาดเล็กเมื่อเทียบกับกรอบ PCM โลหะบริสุทธิ์ (โฟมนิกเกิลและโฟมนิกเกิลเคลือบด้วยกราฟีน) เป็น
4) สุดท้ายการศึกษารวมถึงวัสดุการพัฒนาโปรแกรมประยุกต์ (เช่นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนการจัดการความร้อน) คือการศึกษายังและเมื่อเทียบกับวัสดุการจัดการความร้อนสี่เพิ่มเติมเช่นโฟมนิกเกิลนิกเกิลโฟมเคลือบด้วยกราฟีนขี้ผึ้งพาราฟินและ โฟมนิกเกิลพาราฟินลดการปล่อย 1.7A ปัจจุบันอิ่มตัวโฟมนิกเกิลเคลือบกราฟีนมากกว่าเพียงแค่การใช้แบตเตอรี่นิกเกิลลดอุณหภูมิพื้นผิวของ 17%
