既能散熱又能加溫！石墨烯變身“泡沫”可調(diào)節(jié)鋰電池溫度，手機、汽車都能用
閱讀次數(shù)：587 更新時間：2021-08-24
使用鋰離子電池的現(xiàn)代設(shè)備，如智能手機和電動汽車，似乎非?？煽?。但是當你嘗試在極熱或極冷的環(huán)境中使用它們時，會發(fā)現(xiàn)它們很容易因溫度而出現(xiàn)故障和性能下降。普渡大學(xué)的工程師開發(fā)了一種解決方案：一種由可壓縮石墨烯泡沫制成的“熱開關(guān)”，可根據(jù)設(shè)備內(nèi)部和外部的溫度進行動態(tài)調(diào)整，以使得設(shè)備保持一定的溫度。
由石墨烯泡沫制成的“熱開關(guān)”，在室外溫度較低時，可以動態(tài)捕獲熱量，在溫度過高時，也可以幫助散熱。
據(jù)了解，鋰離子電池的建議使用溫度是在0 - 45°C（32 - 113°F）之間，尤其是在充電的時候。一旦溫度超出這個范圍，就有降低電池性能的風險。防止元件過熱是一場持續(xù)不斷的戰(zhàn)斗，影響著電子設(shè)備的設(shè)計，因為電子設(shè)備本身會散發(fā)大量的熱量。但與此同時，當外部溫度下降時，將熱量留在設(shè)備中也會很需要。
該研究的共同通訊作者Xiulin Ruan說，“隨著電子設(shè)備變得越來越小、越來越強大，熱量管理變得更加關(guān)鍵。大多數(shù)設(shè)備使用被動熱管理，如傳導(dǎo)和對流，以轉(zhuǎn)移多余的熱量。但這個系統(tǒng)是不可調(diào)節(jié)的，在寒冷的環(huán)境中根本不起作用?！?/span>
現(xiàn)在，美國普渡大學(xué)（Purdue University）的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種方法來處理這兩種情況。而其中的關(guān)鍵就是石墨烯，這是一種由只有一個原子厚的碳薄片組成的超常材料。石墨烯泡沫通常是一種很好的熱導(dǎo)體，但由于其內(nèi)部的氣袋，它的作用類似于絕緣體。因此，該團隊利用了這一雙重特性，制造了一個在絕緣體和導(dǎo)體之間來回切換的層。
在測試中，研究人員將石墨烯泡沫樣品放置在加熱器和散熱器之間，并測量泡沫被壓縮或放松時的溫度和熱流。它一開始的厚度是1.2毫米，就像一個絕緣體，但當它被壓縮到0.2毫米時，它的導(dǎo)熱性就提高了8倍。
“它的功能就像電路中的電阻器，”該研究的共同通訊作者Amy Marconnet說，“不過它改變的不是電流的大小，而是允許通過的熱量的大小。”
在另一項實驗中，該團隊模擬了0到30°C（32到86°F）之間的真實環(huán)境溫度，將石墨烯泡沫放置在模擬電子設(shè)備的熱源上。結(jié)果同樣非常積極，在整個環(huán)境溫度范圍內(nèi)它穩(wěn)定了設(shè)備的工作溫度。
雖然該實驗只是一個概念驗證，但這種動態(tài)熱管理形式的潛在應(yīng)用不僅僅是手機。它有可能用于更大的電子產(chǎn)品、電動汽車電池、航天器，甚至生物醫(yī)學(xué)設(shè)備。“我們的目標是使用熱開關(guān)來保持所有這些設(shè)備在不同環(huán)境中有效運行，并提高它們的整體能效，”該項研究作者說。普渡研究基金會技術(shù)商業(yè)化辦公室已經(jīng)提交了基于熱開關(guān)技術(shù)的專利申請。
論文標題：
Wide range continuously tunable and fast thermal switching based on compressible graphene composite foams
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-021-25083-8
原文鏈接：https://mp.weixin.qq.com/s/T5JjxiUYVdL6UgzjC7FPYg
