Come Goldilocks e la polenta come prestazioni della batteria agli ioni di litio in un intervallo di temperatura adatto è preferibilmente - né troppo caldo né troppo freddo, ma questo è un fattore limitante per quanto riguarda l'uso di batterie al litio in elettrico. automotive (EV) in molti luoghi, grandi variazioni di temperatura. batteria al litio scarso rendimento in temperature estremamente alte o basse, che è una barriera per impedire l'uso diffuso di veicoli elettrici, la transizione verso più perché dello studio gli autori sottolineano che ' 51 aree metropolitane negli Stati Uniti, zona 20 sperimentano tipicamente giorni estremamente freddi inferiori a -18 ° C (0 ° F), la temperatura nella zona estivo 11 (compresa la parte superiore 20) spesso supera 38 ° C (100 ° F ) 'è certamente grandi aree urbane del mondo v'è un cambiamento di temperatura simile, anche, che ostacola anche i veicoli elettrici come una potenziale applicazione di soluzioni di trasporto di energia rinnovabili.
Tuttavia, in un recente articolo pubblicato su Nature Energy, un team di ricercatori dell'Università della California, Berkeley, ha riportato una nuova invenzione che dovrebbe ridurre efficacemente gli estremi termici quando viene utilizzata con batterie agli ioni di litio. influenzare intitolato 'interfaccia di gestione termica elevata agli ioni di litio con una regolazione termica passiva basata su una lega a memoria di forma,' loro carta cambiamenti nel paesaggio contemporaneo e dettagli operativi dei testi temperatura ambiente nelle zone differenti, ma anche dalla altri fattori confondenti, come la nuova cella Magang tre combustione, asciutto processo di recupero ceneri e strategia di addebito veloce è la gestione termica ulteriormente complicata. hanno notato che gli elementi termici lineari tradizionali spesso non contemporaneamente due estremi di caldo e freddo, e altri possibili Le soluzioni, come i circuiti a fluido controllato, non forniscono un contrasto on / off sufficientemente elevato, per non parlare delle considerazioni sui costi e il peso quando vengono utilizzati con veicoli elettrici. La loro soluzione è un calore passivo privo di fluidi Il regolatore può stabilizzare la temperatura della batteria in ambienti estremi di alte e basse temperature. "In assenza di alimentazione o logica, il regolatore termico si basa su La temperatura della batteria di terra cambia la sua conducibilità termica e fornisce la funzione termica richiesta per mantenere il calore durante il freddo e favorire il raffreddamento durante il riscaldamento.
Per ottenere ciò, il loro design passivo del regolatore termico si basa su due caratteristiche chiave non lineari nel concetto di regolatore termico esistente: la prima caratteristica è la transizione di fase a stato solido, che presenta una buona risposta alle variazioni di temperatura. mutazione, ma non raggiunge un abbastanza alta da rapporto (SR) - cioè conducibilità termica rispetto dello stato di commutazione - questo è il regolatore principale della prestazione termica della seconda funzione di interfaccia termica viene attivata e disattivata, al quale SR è molto più elevato, ma dipende dalla dilatazione termica differenziale tra i due materiali. quando l'interfaccia tra i materiali chiudere il gap, presenta forti conducibilità termica lineare. Tuttavia, per effetto dilatazione termica qui è relativamente debole, questo progetto richiede Un corpo regolatore di calore sovradimensionato per completare l'apertura e la chiusura dello spazio.
Sebbene gli esempi precedenti sembrino complicati, la loro soluzione - che comprende due aspetti delle transizioni di fase a stato solido e la conduttanza termica a contatto interfacciale - è molto semplice: per raggiungere i loro obiettivi di progettazione, i ricercatori usano Nitinol. Lega a memoria di forma (SMA) La lega di nichel-titanio è un filo di nitinol flessibile che corre lungo il bordo della piastra termoregolatore superiore Le estremità del filo SMA corrispondono a ciascuno dei regolatori termici. L'angolo, collegato ad un dissipatore di calore, chiamato Thermal Interface Material (TIM), le piastre superiore e inferiore sono controllate da una serie di molle a quattro vie che creano uno spazio d'aria di 0,5 mm tra le piastre superiore e inferiore e trattengono il filo SMA in tensione. Questo definisce lo stato di disconnessione dell'isolamento termico.
Quando la batteria viene riscaldata, la SMA inizia a contrarsi e a tirare le due piastre più vicine a causa del cambiamento di fase.La conducibilità termica è molto bassa fino a quando le due piastre sono in contatto, a quel punto la forza della linea di restringimento è maggiore della forza di reazione della molla diagonale, TIM La piastra (inferiore) entra in contatto con la piastra del regolatore termico (in alto) e inizia a dissipare calore, condizione che definisce lo stato ON.Il modello prototipo descritto in questo documento rivela la natura del regolatore termico dell'interfaccia passiva.
Per verificare i principi di base di questo concetto per il filo SMA e le molle polarizzate, l'autore dello studio ha stabilito un modello e lo ha testato in una camera a vuoto, utilizzando due barre di acciaio inossidabile termocoppia come fonti di calore e trascinando a caldo questi corrispondenti superiori e inferiori Nell'esperimento, l'isolamento termico nello stato OFF si è rivelato molto buono, confermato da una discontinuità di temperatura molto grande all'interfaccia e da un piccolo gradiente di temperatura misurato su ciascuna barra di acciaio inossidabile. Quando la temperatura dello stelo supera la temperatura di transizione SMA, lo spazio si chiude e la TIM (asta inferiore) inizia a riscaldarsi.Gli autori osservano che questo processo di conversione viene completato rapidamente in circa 10 secondi e il record SR viene raggiunto a 2070: 1. I fili in lega di titanio devono essere pre-condizionati con carichi di stress elevati per produrre una risposta stabile e ripetibile su molti cicli.
Costituita, prova di concetto, i ricercatori hanno iniziato a dimostrare questo concetto, in pratica, due Panasonic 18650PF LIBS inserita tra lastre di alluminio, testato in una camera climatica. Il disegno qui utilizza un termoregolatore simile progettato per ospitare la batteria canali dimensionali dello stent, che richiede uno spazio più lungo tra il filo SMA e la lunghezza delle piastre superiore ed inferiore di circa 1 mm. Inoltre, al fine di soddisfare gli elevati livelli di prestazioni, fili distanziatori aerogel strato, e la molla stessa lIBS sono paralleli al calore Importante: per confrontare le prestazioni, i ricercatori hanno fornito anche due modelli lineari standard, "sempre OFF" e "always ON", che includevano la sostituzione della SMA con fili di acciaio inossidabile, che erano stati configurati tra le due piastre. Spazio vuoto costante o contatto costante.
Nelle condizioni sperimentali di -20 ° C (4 ° F; freddo) 45 ° C (114 ° F; caldo), buona prestazione termoregolatore, rapido riscaldamento da -20 ° C (4 ° F) a circa 20 ° C (68 ° F) per trattenere il calore della batteria e la batteria è aumentata da un traferro fattore uable è causato da tre fattori. all'altro estremo, un regolatore termico è anche molto buone prestazioni, la transizione allo Stato 45 ° C (113 ° F) aumento della temperatura è limitata ai testi e 5 ° C (9 ° F). in questa prova termoattuatore 1000 è fornita nel ciclo on / off, ricercatori hanno riscontrato che il rendimento è solo leggermente stato ridotto (8,5% ridurre cellule La capacità è di -20 ° C '4 ° F'), mentre la performance nel paese rimane invariata.
Come sottolineano gli autori dello studio, quando si utilizza il metodo standard di gestione termica "sempre attivo", il costo dei loro regolatori termici è minimo, che comprende già un dissipatore di calore TIM. massa aggiuntiva della molla è inferiore a 1 g, nitinol costo circa $ 600. 'dimostrazione dal modulo batteria agli ioni di litio 18650 commerciale composto dalla batteria mostrato che termoregolatore trattiene solo produzione di calore dalla batteria, Può aumentare la capacità del freddo di più di tre volte. "Allo stesso tempo, può impedire il surriscaldamento del modulo anche a temperature elevate di 2 gradi Celsius.
