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既能散熱又能加溫!石墨烯變身“泡沫”可調節鋰電池溫度,手機、汽車都能用
更新時間:2021-08-24 瀏覽數:

使用鋰離子電池的現代設備,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境中使用它們時,會發現它們很容易因溫度而出現故障和性能下降。普渡大學的工程師開發了一種解決方案:一種由可壓縮石墨烯泡沫制成的“熱開關”,可根據設備內部和外部的溫度進行動態調整,以使得設備保持一定的溫度。



由石墨烯泡沫制成的“熱開關”,在室外溫度較低時,可以動態捕獲熱量,在溫度過高時,也可以幫助散熱。

據了解,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不斷的戰斗,影響著電子設備的設計,因為電子設備本身會散發大量的熱量。但與此同時,當外部溫度下降時,將熱量留在設備中也會很需要。

該研究的共同通訊作者Xiulin Ruan說,“隨著電子設備變得越來越小、越來越強大,熱量管理變得更加關鍵。大多數設備使用被動熱管理,如傳導和對流,以轉移多余的熱量。但這個系統是不可調節的,在寒冷的環境中根本不起作用?!?/span>

現在,美國普渡大學(Purdue University)的研究人員已經開發出一種方法來處理這兩種情況。而其中的關鍵就是石墨烯,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體,但由于其內部的氣袋,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?!?/span>

在另一項實驗中,該團隊模擬了0到30°C(32到86°F)之間的真實環境溫度,將石墨烯泡沫放置在模擬電子設備的熱源上。結果同樣非常積極,在整個環境溫度范圍內它穩定了設備的工作溫度。

雖然該實驗只是一個概念驗證,但這種動態熱管理形式的潛在應用不僅僅是手機。它有可能用于更大的電子產品、電動汽車電池、航天器,甚至生物醫學設備?!拔覀兊哪繕耸鞘褂脽衢_關來保持所有這些設備在不同環境中有效運行,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商業化辦公室已經提交了基于熱開關技術的專利申請。

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

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