18 نوامبر 2024 -توسط TransSpread-اعتبار: ذخیره و ذخیره انرژی (2024). DOI:
باتری‌های لیتیوم یون (LIBs) در وسایل نقلیه الکتریکی و ذخیره‌سازی انرژی ضروری هستند و چگالی انرژی و پایداری عملیاتی بالایی را ارائه می‌دهند. با این حال، این باتری ها به دما بسیار حساس هستند و مستعد فرار حرارتی (TR)، به ویژه در شرایط شارژ سریع هستند.
سیستم‌های مدیریت حرارتی سنتی اغلب به تنظیمات خنک‌کننده پیچیده و پرهزینه نیاز دارند که ممکن است در شرایط بحرانی دچار تزلزل شوند. با پرداختن به این محدودیت‌ها، راه‌حل‌های مدیریت حرارتی غیرفعال مانند مواد تغییر فاز مرکب (CPCM) در حال افزایش هستند و ایمنی و عملکرد باتری‌ها را در محیط‌های سخت افزایش می‌دهند.
در مطالعه ای از دانشگاه برق شمال چین که در نشریه Energy Storage and Saving منتشر شد، محققان یک CPCM متشکل از Na2SO4-10H2O و گرافیت منبسط شده (EG) معرفی کردند. این ماده نمک هیدراته پیشرفته رسانایی حرارتی را افزایش می دهد و باعث جذب و انتشار گرما کارآمد می شود.
با نقطه ذوب بهینه 29 درجه سانتیگراد، CPCM از یک مکانیسم کنترل دما دو مرحله ای برای جلوگیری از گرمای بیش از حد استفاده می کند، که به طور موثر دمای پیک LIB را از 66 درجه سانتیگراد به 34 درجه سانتیگراد در طول استفاده معمولی کاهش می دهد. علاوه بر این، این سیستم غیرفعال شروع رویدادهای TR را به تاخیر می اندازد و زمان ضروری را برای اقدامات خنک کننده فراهم می کند.
کنترل دمای دو مرحله ای CPCM به طور موثر گرمای LIB را مدیریت می کند و انرژی را از طریق انتقال فاز گرمای نهان بالا جذب می کند و در عین حال ثبات را از طریق رسانایی حرارتی افزایش یافته حفظ می کند. ویژگی‌های کلیدی – مانند نقطه ذوب ایده‌آل، گرمای نهان بالا (183.7 J·g-1)، و هدایت حرارتی قوی (3.926 W·m-1·K-1)- از کاهش دمای ثابت پشتیبانی می‌کنند.
در شرایط عادی، حداکثر گرمای تولید شده توسط تخلیه های با سرعت بالا را جذب می کند و دمای LIB را در محدوده ایمن حفظ می کند. در طول سناریوهای TR، فاز کم آبی مواد زمان را تا دمای بحرانی تا 187 ثانیه طولانی می کند.
علاوه بر این، طراحی CPCM مسائل جداسازی فاز را که مانع از مواد مدیریت حرارتی سنتی شده است، حل می کند. آزمایش‌ها در شرایط چرخه‌ای و دینامیکی تأیید می‌کنند که CPCM-10% EG پایداری طولانی‌مدت را فراهم می‌کند و نوسانات دما را به طور مؤثر در برنامه‌های پر استرس مدیریت می‌کند.
دکتر زینگ جو، محقق ارشد این مطالعه، می‌گوید: «کنترل دما مؤثر برای جلوگیری از خرابی در کاربردهای پرتقاضا مانند خودروهای الکتریکی حیاتی است. “این CPCM یک راه حل منحصر به فرد و کم مصرف ارائه می دهد که وابستگی به سیستم های فعال پیچیده را کاهش می دهد و ایمنی باتری را تقویت می کند. کنترل دو مرحله ای آن پتانسیل قوی را به عنوان یک محافظ حرارتی منفعل نشان می دهد، به ویژه در مواردی که مدیریت فعال ممکن است غیرقابل اعتماد یا بسیار پرهزینه باشد. “
این پیشرفت در فناوری CPCM کاربردهای امیدوارکننده‌ای در سراسر صنایع وابسته به LIB دارد. در خودروهای الکتریکی، می‌تواند یک لایه حیاتی از پایداری حرارتی اضافه کند و خطر آتش‌سوزی یا انفجار باتری‌ها را در شرایط شدید کاهش دهد. فراتر از استفاده در خودرو، CPCM ها پتانسیل سیستم های ذخیره انرژی را نشان می دهند، جایی که کنترل دمای ثابت حیاتی است.
همانطور که LIB ها در هر دو بخش شخصی و صنعتی به گسترش خود ادامه می دهند، این CPCM نوآورانه یک رویکرد مقیاس پذیر و کارآمد برای پشتیبانی از استفاده ایمن و طولانی مدت از باتری های با چگالی انرژی بالا ارائه می دهد.
