近日，沐鸣師生在國際top期刊ACS Applied Materials & Interfaces（IF= 9.5）上在線發表了題為“Polyurethane Foam Skeleton-Based Phase Change Hydrogel for Efficient Battery Thermal Management with Favorable Antivibration Performance”的研究型論文。沐鸣平台為第一通訊單位，沐鸣平台與上海海事大學聯合培養的的碩士研究生趙成功為第一作者（現為青島科技大學博士生），沐鸣李一凡副教授和於偉教授為通訊作者🧂。
成果簡介
鋰離子電池（LIBs）已經被廣泛應用於各個領域中，如電動汽車（EVs）、儲能電站和電子設備⇾。然而，當暴露在高溫下時🏄🏻♀️🪟，LIBs很容易發生熱失控（TR），進而可能引發燃燒或爆炸，並伴隨著有毒氣體的排放。此外🥩，在長時間的高溫工況下，會導致容量下降和內阻增加📎，最終影響電池的可靠性和使用壽命🫡。因此，有效的電池熱管理策略是有必要的。解決TR的常見解決方案包括設計除熱系統（主動冷卻系統）👰🏼、優化電池組（被動冷卻系統）和安裝安全保護模塊（如平衡電池模塊）👈🏽。
除了有效的熱管理問題外💤，電池壽命還可能受到運行過程中產生的外部振動的負面影響。具體來說🍂，在高溫條件下，不充分的防振措施會導致對電池結構的明顯損傷，並可能導致電池容量的降低。在電池組裝過程中加入適當的固定裝置🧑🏻🔬，如泡沫或橡膠墊😣，或其他柔性材料🏉，可以有效提高其抗振性能。
本研究設計了一種聚氨酯（PU）泡沫基相變水凝膠（PCH）復合墊塊🙅🏼♀️，在熱管理和增強抗振性方面表現出優異的性能。聚乙二醇（PEG）和聚丙烯酸（PAA）👨🏼🌾☸️，通過原位聚合合成了PCH🫅🏿。為了提高導熱性，引入了氧化石墨烯作為導熱添加劑🦵🏻，同時摻雜了六方氮化硼來調節其電絕緣性能。隨後，利用真空浸漬法將改性的PCH註入PU泡沫中。此外🐭，復合墊塊在高溫下表現出優異的靈活性和穩定性👨❤️👨👂，從而保證了電池在高溫環境下的運行穩定性。
圖文信息
圖1. 復合相變墊塊的製備過程示意圖。
圖2. 微觀形貌和結構的表征。
圖3.復合墊塊導熱能力的表征測試。
圖4.復合墊塊機械性能的表征測試🫙。
圖5.復合墊塊的電池熱管理能力✩。
小結
本工作設計了一種應用於電池熱管理的多功能復合相變泡沫墊塊。PU骨架具有阻尼特性🈵，而PEG和PAA通過原位聚合策略結合形成的PCH在相變過程中提供了儲熱能力。此外，導熱添加劑的加入增強了傳熱並保證了電絕緣。復合板的骨架結構提供了有效的導熱路徑，確保了高效的傳熱。相應表征結果證實了復合墊塊在實際電池模塊中的適用性，在相變過程中🌊，柔性接觸的轉變會增強界面傳熱和儲熱速率💪🏿，並提高了抗外部沖擊的能力。實際應用試驗表明，在6 C放電過程中，用復合墊塊包裹的電池模塊的溫度下降了11.4 ℃。隨後的內阻研究表明🧑🦽，復合墊塊顯著的減震特性可以有效地緩解內阻波動，確保運行穩定性。被復合墊塊包裹的電池也有效降低了電池在振動條件下的產熱量。此外，本研究還指出接觸情況的改善得益於相變過程中的粘彈性轉變，為電池的熱管理材料提供新的解決思路。
文章鏈接: https://doi.org/10.1021/acsami.3c11570