การประยุกต์ใช้วัสดุจัดการความร้อนสำหรับแบตเตอรี่พลังงานในรถยนต์พลังงานใหม่
การจัดการความร้อนของแบตเตอรี่พลังงานเป็นเทคโนโลยีหลักในด้านแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน วัตถุประสงค์หลักคือเพื่อให้แน่ใจว่าอุณหภูมิของแบตเตอรี่อยู่ในช่วงที่ปลอดภัยระหว่างการใช้งานและการชาร์จ ขณะเดียวกันก็ปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงานและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ วัสดุการจัดการความร้อนเป็นการสนับสนุนทางเทคนิคที่ขาดไม่ได้ในการบรรลุเป้าหมายนี้ ต่อไปนี้ ฉันจะแนะนำคุณเกี่ยวกับการใช้งานและการวิเคราะห์วัสดุการจัดการความร้อนสำหรับแบตเตอรี่พลังงาน
1. วัสดุที่นำความร้อน
การนำความร้อนเป็นปัญหาพื้นฐานที่สุดในการจัดการความร้อนของแบตเตอรี่พลังงาน และวัสดุนำความร้อนมีบทบาทสำคัญในกระบวนการนี้ ปัจจุบันมีวัสดุนำความร้อนสองประเภทหลักที่ใช้ในแบตเตอรี่พลังงาน ได้แก่ กาวนำความร้อนและแผ่นนำความร้อน
สารนำความร้อนเป็นวัสดุที่นำความร้อนซึ่งถ่ายเทความร้อนจากอุณหภูมิสูงไปยังอุณหภูมิต่ำ และมักใช้กับพื้นผิวสัมผัสระหว่างแบตเตอรี่และหม้อน้ำ โดยทั่วไปแล้วสารนำความร้อนจะมีค่าการนำความร้อนอยู่ระหว่าง 1-8 W/mK สารนำความร้อนสามารถเตรียมได้โดยใช้อนุภาคเพชร ซิลิกอนไนไตรด์ และอนุภาคนำความร้อนอื่นๆ เป็นตัวพา เนื่องจากสารนำความร้อนสามารถอุดช่องว่างและรอยแตกเล็กๆ ได้ จึงได้รับการใช้กันอย่างแพร่หลายในการจัดการความร้อนของแบตเตอรี่พลังงาน
แผ่นนำความร้อนเป็นวัสดุที่ถ่ายเทความร้อนอย่างสม่ำเสมอจากพื้นผิวของแบตเตอรี่ไปยังหม้อน้ำที่อยู่ใกล้เคียง แผ่นนำความร้อนมักทำจากทองแดงหรืออลูมิเนียม และมีค่าการนำความร้อนอยู่ที่ประมาณ 200 W/mK การใช้แผ่นนำความร้อนสามารถทำให้หม้อน้ำและพื้นผิวแบตเตอรี่เย็นลงอย่างสม่ำเสมอมากขึ้น และปรับปรุงการดูดซับของหม้อน้ำกับแบตเตอรี่เพื่อป้องกันไม่ให้หลุดออกภายใต้การสั่นสะเทือน
2.วัสดุกั้นความร้อน
วัสดุฉนวนกันความร้อนคือวัสดุที่สามารถลดการไหลของความร้อนได้ มักใช้ภายในโมดูลแบตเตอรี่และติดตั้งระหว่างเซลล์แบตเตอรี่และหม้อน้ำเพื่อลดการไล่ระดับอุณหภูมิ ลดอุณหภูมิพื้นผิวแบตเตอรี่ และเพิ่มความปลอดภัยของแบตเตอรี่ โดยทั่วไปแล้ววัสดุฉนวนกันความร้อนจะมีค่าการนำความร้อนอยู่ระหว่าง 0.2-0.35 W/mK และง่ายต่อการประมวลผลและขึ้นรูป
วัสดุฉนวนกันความร้อนมีอยู่ 2 ประเภทหลัก ได้แก่ วัสดุฉนวนกันความร้อนแบบฉนวนและวัสดุฉนวนกันความร้อนแบบคอมโพสิต วัสดุฉนวนกันความร้อนแบบฉนวนส่วนใหญ่ใช้เพื่อลดอุณหภูมิพื้นผิวของแบตเตอรี่และติดตั้งระหว่างเซลล์แบตเตอรี่และหม้อน้ำ วัตถุดิบหลัก ได้แก่ ไฟเบอร์กลาส เซรามิก เป็นต้น วัสดุฉนวนกันความร้อนแบบคอมโพสิตเป็นวัสดุที่มีประสิทธิภาพหลายอย่างรวมกัน เช่น นาโนซิลิกอนไดออกไซด์และโพลีเมอร์ วัสดุเหล่านี้ป้องกันการนำความร้อนและกระแสไฟฟ้า และมีความแข็งแรงและทนทานสูง จึงใช้กันอย่างแพร่หลาย
3.วัสดุเปลี่ยนเฟส
วัสดุเปลี่ยนเฟสเป็นสารที่สามารถดูดซับและปล่อยพลังงานความร้อนจำนวนมาก ซึ่งทำให้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการจัดการความร้อนของแบตเตอรี่พลังงาน การใช้วัสดุเปลี่ยนเฟสสามารถลดอุณหภูมิพื้นผิวสูงสุดของแบตเตอรี่ในระหว่างการชาร์จและการคายประจุ จึงช่วยยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ได้ เนื่องจากจุดหลอมเหลวของวัสดุเปลี่ยนเฟสมักจะเสถียรมาก ดังนั้นเมื่อชาร์จหรือคายประจุถึงอุณหภูมิที่กำหนด วัสดุเปลี่ยนเฟสจะดูดซับพลังงานความร้อนจำนวนมาก จึงรักษาสถานะอุณหภูมิพื้นผิวแบตเตอรี่ให้คงที่
ปัจจุบันวัสดุเปลี่ยนเฟสแบ่งออกเป็น 2 ประเภทหลักๆ ได้แก่ วัสดุเปลี่ยนเฟสอินทรีย์และวัสดุเปลี่ยนเฟสอนินทรีย์ วัสดุเปลี่ยนเฟสอินทรีย์ส่วนใหญ่ใช้ในช่วงอุณหภูมิต่ำและมีความบริสุทธิ์สูง แต่การดูดซับและการปล่อยความร้อนค่อนข้างช้า วัสดุเปลี่ยนเฟสอนินทรีย์ดูดซับและการปล่อยความร้อนได้เร็วกว่า แต่ปัญหาของการหลอมเหลวได้ง่ายที่อุณหภูมิสูงและความเป็นพิษยังจำกัดขอบเขตการใช้งานอีกด้วย
