创新复合相变材料提升电池安全系统：双阶段热存储特性

推荐内容 为了解决锂离子电池在能量存储和电动汽车应用中的热失控问题，研究人员开发了一种新型的复合相变材料（HSCPCM）。该材料具有双阶段热存储特性，显著提高了电池的热管理性能和安全性能。研究表明，这种材料能够有效降低热失控温度，延迟热失控触发时间，为电池系统的安全性提供了新的解决方案。

　　

论文解读

随着全球对清洁能源的需求日益增长，锂离子电池（LIBs）因其高能量密度和长循环寿命在电动汽车（EVs）和储能系统中得到了广泛应用。然而，电池在高功率运行时会产生大量热量，导致温度升高和热分布不均，这可能引发复杂的电化学反应和侧反应，严重时甚至导致热失控，引发燃烧或爆炸。因此，开发有效的热管理系统以确保电池的安全运行至关重要。

为了解决这一问题，中国的一支研究团队开发了一种新型的复合相变材料（HSCPCM），旨在提高电池系统的热管理性能和安全性能。该材料结合了亲水改性的膨胀石墨（MEG）和丙烯酸乳液涂层（AE），利用水合盐的双阶段热存储特性，能够在高温下吸收和释放大量热量，从而有效控制电池温度，防止热失控的发生。

为了实现这一目标，研究人员采用了多种关键技术方法。首先，他们通过亲水改性增强了膨胀石墨的吸附能力和热导率，使其能够更好地吸附水合盐并提供结构支持。其次，他们使用了丙烯酸乳液涂层对复合相变材料进行二次封装，以提高其热稳定性和形状保持能力。此外，研究人员还通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）等技术对材料的微观结构和化学性质进行了详细分析，确保其在不同条件下的稳定性和可靠性。

研究结果表明，这种新型复合相变材料在多个方面表现出优异的性能。首先，在热管理性能方面，复合相变材料能够显著降低电池在充放电过程中的温度，特别是在高放电率下，能够有效减少电池模块的最大温度和温差。例如，在4 C放电率下，圆柱形电池模块的最大温度可以保持在52°C以下，而在2 C放电率下，方形电池模块的最大温度和温差分别控制在65°C和6°C以内。

其次，在热失控抑制方面，复合相变材料表现出了显著的优势。通过模拟加热板的热失控测试，研究发现SDMA10能够有效延迟热失控的触发时间，显著降低热失控的温度峰值。具体而言，SDMA10能够将热失控的触发时间延长689秒，将最高温度降低93°C，显著减少了热扩散的风险。

此外，复合相变材料还展示了出色的循环稳定性和热化学储能能力。在多次充放电循环后，SDMA10仍能保持稳定的热管理性能，其潜热储存容量和热导率均未显著下降。这使得它在长期使用中依然能够有效地控制电池温度，提高电池系统的整体安全性。

综上所述，这项研究不仅为锂离子电池的热管理提供了一种创新的解决方案，还为电池系统的安全性提供了新的保障。通过利用水合盐的双阶段热存储特性，复合相变材料能够在高温下有效吸收和释放热量，显著降低热失控的风险。这对于提高电动汽车和储能系统的安全性具有重要意义，也为未来的研究和应用提供了新的方向。该研究成果发表在《Green Energy》杂志上，为电池热管理领域的发展做出了重要贡献。