一种新型的用于电池热管理的导热气凝胶材料

来源 | Journal of Materials Science & Technology

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背景介绍

先进电子设备中的中央处理器(CPU)和射频(RF)芯片的快速发展，芯片逐渐向集成化，微型化发展，导致功率密度的增加，因此使器件在工作的过程中产生大量的热量。热量积聚在电子设备中，造成系统温度过高会严重影响运行效率和稳定性，因此对散热性能提出了更高的要求。相变材料(PCM)可以通过相变过程吸收和释放热能，基于PCM的热管理能力，PCM在太阳能储能、建筑保温等方面得到了广泛的应用。有机相变材料，尤其是聚乙二醇(PEG)，因其相变焓高、耐腐蚀、化学稳定性高等特点，近年来备受关注。然而，纯PEG的低固有导热系数限制了其实际应用。更重要的是，当超过临界温度时，聚合物会熔化成液体会导致泄漏影响电子设备的稳定性。虽然可以通过将PCM嵌入聚合物基体和浸渍多孔材料等方法提高PCM的形状稳定性，但其较低的导热系数限制了其在热管理中的应用。因此，同时实现高导热、高相变焓和良好形状稳定性的复合PCM仍然具有挑战性。

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成果掠影

近日，

兰州大学拜永孝教授团队在用于热管理的复合相变材料方面取得了最新研究进展。

针对相变材料导热系数低、易泄漏、热稳定性差等缺点，该团队提出通过构建仿生叶脉状三维(3D)结构的氮化硼(BN)并浸渍聚乙二醇(PEG)制备相变复合材料，该材料在低填料含量下，综合性能得到了明显提高。聚乙二醇存储在BN的三维结构中，可以防止高温下的泄漏，提高复合材料的热稳定性。BN骨架作为声子传输的快速通道，可以有效降低热阻。当填料用量为10 vol%时，复合PCMs的最高导热系数为2.62 W/(mK)，是纯PEG的10.1倍。在红外摄像机下复合PCM表现出了优异的电池热管理性能，这表明该材料在电池热管理方面具有很大的潜力。

研究成果以“A strategy for constructing 3D ordered boron nitride aerogels-based thermally conductive phase change composites for battery thermal management”为题发表于《Journal of Materials Science & Technology》。

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图文导读

 

图1.采用水热和浸渍法制备PEG/HBA复合材料。

图2.(a) BN纳米片的AFM图像，(b)高分辨率BN片层边缘的TEM图像，(c) RGO和HBA-10气凝胶，(d) BN, BN纳米片，GO，和HBA-10的XRD曲线，(e) HBA-10的拉曼光谱。(f)HBA-10的应力应变曲线。

图3.(a)BN, GO和HBA-10的XPS曲线，(b)元素的质量百分比，(c-d)GO和HBA-10高分辨XPS谱图。

图4.材料的微观形貌示意图。

图5.材料的导热性能。

图6.(a)PEG/HBA系列复合材料的DSC曲线，(b)PEG/HBA-10加热和冷却50次循环后的DSC曲线。

 

图7.电池的温度变化示意图。

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审核编辑 黄宇