一、背景介紹傳統(tǒng)燃油汽車存在著高能耗、溫室氣體排放、發(fā)動機噪聲污染等問題，對環(huán)境影響很大。在能源短缺、環(huán)境污染嚴重的情況下，節(jié)約能源、減少排放，用清潔能源替代傳統(tǒng)化石燃料迫在眉睫。清潔能源（氫氣、高級醇類、甲烷等）和能量轉(zhuǎn)換器等常見的節(jié)能手段近些年都取得了很多研究成果。鋰能作為一種很有前途的儲能方式，也在逐步完善，逐漸在汽車行業(yè)占據(jù)重要地位。鋰電儲能具有能量密度高、循環(huán)性能好、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。作為單體電池，軟包裝鋰離子電池具有優(yōu)異的儲能效果，并且廣泛應用于電動汽車、儲能電站等領(lǐng)域。但是，如果在充放電過程中散熱不及時，電池可能會出現(xiàn)膨脹、漏電等現(xiàn)象，存在自燃等事故的危險。因此，有必要對鋰電池進行熱管理。固液相變材料具有成本低、腐蝕弱、相變潛熱高等優(yōu)點。通過相變過程，可以儲存和釋放能量，在電池熱管理系統(tǒng)中具有廣闊的應用前景。相變材料的存在會使電池組的溫度分布更均勻，減少過熱現(xiàn)象。然而，純相變材料的導熱系數(shù)普遍較低。近年來，金屬有機骨架(MOF)受到了廣泛的關(guān)注，它具有比表面積大、孔隙率高的優(yōu)點，是一種有效的相變材料封裝載體。MOF材料是制備多孔碳的理想模板，將MOF衍生的多孔碳與碳基材料復合作為相變材料載體是優(yōu)化復合材料的導熱系數(shù)的一種可行的方法。但是目前關(guān)于這方面的報道較少，目前新能源行業(yè)飛速發(fā)展，開發(fā)一種用于新能源電池方面的復合相變熱管理材料迫在眉睫。

二、成果掠影

近期，左紅艷教授團隊在用于新能源電池熱管理的復合相變材料方向取得新進展。團隊設(shè)計了一種用于電池熱管理的新型復合相變材料，通過對月桂酸(LA)的吸附，可以得到形狀穩(wěn)定的LA/EG@HPC復合相變材料。載體的BET表面積為15.9326 m2/g，孔徑分布以中孔和大孔為主。載體的三維結(jié)構(gòu)可以為LA提供連續(xù)的分層換熱網(wǎng)絡(luò)通道。復合相變材料的負荷率可達70%，導熱系數(shù)為2.546 W/(m.K)，是純LA的8.4倍。此外，目前用于相變材料載體的MOF材料都是通過反應釜合成的。該團隊采用的熱溶劑法可大大提高單次合成效率，操作簡便。實驗結(jié)果表明復合相變材料在電池熱管理方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。在不同速率的放電測試中，電池包的最高溫度比沒有熱管理的電池包降低了13.4℃，電池溫差降低了1-1.5℃，工作溫度遠低于安全溫度50℃。循環(huán)試驗中，DST條件下復合相變材料組溫度波動降低45%，高功率條件下電池溫度保持在安全溫度以下，具有顯著的熱管理效果。該研究成果為新能源電池熱管理材料提供新的研究思路。研究成果以“EG@Bi-MOF derived porous carbon/lauric acid composite phase change materials for thermal management of batteries”為題發(fā)表于《Energy》。

3圖文導讀圖1.EG@HPC的制備示意圖。

圖2.不同樣品的XRD圖譜。圖3.LA、HPC、EG@HPC、LA/EG@HPC樣品的FTIR圖譜。

圖4.樣品的SEM圖譜，(a) Bi-MOF (b) HPC (c) EG@HPC (d) 60wt% LA/EG@HPC (e) 65wt% LA/EG@HPC (f) 70wt% LA/EG@HPC。

圖5.(a) EG@HPC的N2下的吸附解吸等溫線，(b)對應的孔徑分布圖。

圖6.LA、EG@HPC、LA/EG@HPC樣品的TG曲線。

圖7.LA和LA/EG@HPC樣品的DSC曲線。

圖8.LA、LA/HPC和LA/EG@HPC樣品的導熱系數(shù)。

圖9.電池熱管理裝置示意圖。

圖10.電池放電溫度變化曲線(a)空白對照組2C速率、(b)空白對照組3C速率、(c) CPCM組2C速率、(d) CPCM組3C速率。

圖11.電池放電溫度的最大最小值以及溫差分布。

圖12.DST條件下的溫度波動（a）空白對照組；（b）復合材料對照組。

圖13.恒定充放電速率循環(huán)下電池溫度的變化。