GIST研究人員發現更安全的電動汽車電池的關鍵
時間:2022-05-13 08:03來源:蓋世汽車 作者:劉麗婷
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據外媒報道，韓國光州科技研究院（Gwangju Institute of Science and Technology，GIST）的研究人員表示已經發現了更安全的電動汽車電池和儲能設備的關鍵。更具體地說，該研究所的科學家揭示了儲能設備在運行過程中熱特性的關鍵變化，為電動汽車電池或其他儲能設備更好地實現熱管理鋪平了道路。有效管理電動汽車電池等儲能設備的熱特性是避免熱失控的關鍵，因為熱失控可能導致火災。
圖片來源：韓國光州科技研究院
研究人員表示，他們發現了雙電層電容器（EDLC）在充電和放電過程中熱特性的關鍵變化，這將有助于制定未來的熱管理策略。EDLC又稱超級電容器，有助于確保電力系統的質量和短期可靠性。EDLC可以非常快速地充放電，并且對于滿足電動汽車的電池存儲需求變得越來越重要。與存儲能量的傳統電容器一樣，EDLC中的電能存儲在分離板之間的電場中。
現代儲能設備，例如超級電容器和電池，具有高度依賴溫度的性能。如果設備過熱，它就會容易受到稱為“熱失控”的情況的影響。
當電池的溫度迅速升高時，幾毫秒內可能就會發生熱失控。而一旦發生熱失控，存儲在電池中的能量會突然釋放，從而產生連鎖反應，即車輛的電池組內會產生大約400攝氏度的極高溫度。
熱失控會導致爆炸或火災。對于汽車制造商來說，采用最佳的熱管理策略是電動汽車安全運行的必要條件。GIST研究人員對作為熱測量技術基礎的EDLC的熱特性進行了研究，并揭示了重要的新信息。
EDLC用于存儲再生制動產生的能量，并在駕駛員需要時可為加速提供必要的動力。它們可以非常快速地充電和放電。該超級電容器通常用于提高電動汽車的整體效率。
研究領導者Jae Hun Seol教授解釋說，通過使用測量材料熱導率的科學方法3ω 熱線法，研究人員能夠用微量的電極電解質體積實時測量EDLC的熱容量變化，以測試吸附（離子附著在導電材料上）和解吸（離子被吸入材料中）。
該研究小組在靜態條件下和充電循環期間都進行了這些實驗。結果發現，實驗中正負極的溫度在充電過程中分別變化了0.92%和0.42%，相當于各自的熱容量降低了9.1%和3.9%，理論上可以減少電池熱失控發生的幾率。
Seol教授表示：“根據熱力學理論，系統的離子構型熵（一種隨機性的度量）在充電過程中會降低。這也會影響系統的自由能，并導致Cp（熱容量）降低。”該團隊還改變了氫氧化鉀電解質的濃度，以了解鈣濃度對EDLC性能的影響。
研究人員發現，EDLC顯示出最大電容，即存儲在電容器導體上的電荷與其電勢差的比值，以及當電解質濃度增加時熱容量降低。研究小組將其歸因于電解質濃度的變化以及對離子遷移率的影響，其中離子遷移率是離子通過電場的速度。
Seol教授說稱：“這項研究的一個重要發現是充電和放電也會改變EDLC的熱容量（Cp），并將擴展我們對EDLC潛在熱物理的理解。事實上，該研究結果被認為是朝著未來有效的熱管理策略邁出的重要一步，或可打造出更安全、更可靠的儲能設備。”
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