“堵”不如“疏”：相變材料打破電池?zé)峁芾淼膫鹘y(tǒng)界限！

據(jù)國(guó)家能源局消息，隨著可再生能源裝機(jī)規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)，電力系統(tǒng)對(duì)各類調(diào)節(jié)性資源需求迅速增長(zhǎng)，新型儲(chǔ)能項(xiàng)目加速落地，裝機(jī)規(guī)模持續(xù)快速提升。

新型儲(chǔ)能技術(shù)路線方面，保持多元化發(fā)展趨勢(shì)。其中，鋰離子電池儲(chǔ)能仍占絕對(duì)主導(dǎo)地位，壓縮空氣儲(chǔ)能、液流電池儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等相對(duì)成熟的儲(chǔ)能技術(shù)保持快速發(fā)展，超級(jí)電容儲(chǔ)能、固態(tài)電池儲(chǔ)能、鈦酸鋰電池儲(chǔ)能等新技術(shù)也已經(jīng)開始投入工程示范應(yīng)用，各類新型儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展你追我趕，總體呈現(xiàn)多元化快速發(fā)展態(tài)勢(shì)。

在此背景下，儲(chǔ)熱技術(shù)作為一種極具潛力的新型儲(chǔ)能技術(shù)，近年發(fā)展快速。

2023年8月29日，由OFweek維科網(wǎng)和維科網(wǎng)儲(chǔ)能共同舉辦的“OFweek 2023（第三屆）儲(chǔ)能技術(shù)與應(yīng)用高峰論壇”在深圳成功舉辦。

論壇上，華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院張正國(guó)教授發(fā)表了題為《儲(chǔ)熱技術(shù)及其在電池?zé)峁芾眍I(lǐng)域的應(yīng)用研究》的精彩演講。

三大儲(chǔ)熱技術(shù)，誰拔頭籌？

儲(chǔ)熱技術(shù)也稱熱能儲(chǔ)存技術(shù)，主要分為三類潛熱（相變）儲(chǔ)熱技術(shù)、顯熱儲(chǔ)熱技術(shù)和化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)熱技術(shù)。

潛熱（相變）儲(chǔ)熱技術(shù)，是利用物質(zhì)發(fā)生相變時(shí)吸收或釋放大量的潛熱進(jìn)行熱能儲(chǔ)存的技術(shù)，最具實(shí)際應(yīng)用前景；顯熱儲(chǔ)熱技術(shù)，指通過加熱儲(chǔ)熱材料，提高其溫度而將熱能儲(chǔ)存的技術(shù)，成本較低，是最簡(jiǎn)單和最成熟的儲(chǔ)熱技術(shù)；化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)熱技術(shù)，指利用儲(chǔ)熱材料發(fā)生可逆的化學(xué)反應(yīng)來儲(chǔ)熱、放熱，優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)熱密度很大，缺點(diǎn)是過程不易控制。

三種儲(chǔ)熱技術(shù)中，相變（潛熱）儲(chǔ)熱技術(shù)具有相變溫度穩(wěn)定、潛熱大、應(yīng)用范圍廣、過程易控制等優(yōu)點(diǎn)，最具實(shí)際應(yīng)用前景。

相變材料是相變儲(chǔ)熱技術(shù)的關(guān)鍵部分，具有過冷度無或低、潛熱高、化學(xué)/機(jī)械性能穩(wěn)定、比熱容高、導(dǎo)熱性合適等特點(diǎn)，主要分為有機(jī)材料、無機(jī)材料和共晶物三大種類。

為解決普通相變材料熱導(dǎo)率低及液體泄漏等痛點(diǎn)，研發(fā)人員開發(fā)出了眾多復(fù)合相變材料。例如，膨脹石墨基復(fù)合相變材料，可解決相變材料熱導(dǎo)率低及液體泄漏等問題。

具體來看，復(fù)合相變材料主要分為多孔基體、膠囊封裝、聚合物基體等，不同復(fù)合相變材料制備方法不同。

膨脹石墨、膨脹珍珠巖、泡沫金屬、MOF、二氧化硅等多孔介質(zhì)基復(fù)合相變材料，可通過直接澆注法、真空浸漬法、自擴(kuò)散法等方法進(jìn)行制備；微（納）米膠囊相變材料則可通過原位聚合法、界面聚合法、乳液聚合法、溶膠凝膠法等方法進(jìn)行制備。

關(guān)于相變材料電池?zé)峁芾?/p>

鋰離子電池具有很強(qiáng)的溫度依賴性，溫度過高、過低、溫差過大都會(huì)直接影響其性能，甚至引發(fā)熱失控、火災(zāi)等。

目前電池?zé)崾Э胤雷o(hù)策略以“堵” 為主，通過低導(dǎo)熱氣凝膠隔熱材料阻截?zé)崾Э貍鞑?。不過隔熱只能延緩熱失控傳播，周邊電池仍出現(xiàn)高溫，不能完全抑制熱失控傳播。

針對(duì)電池?zé)峁芾碓撏袋c(diǎn)，張正國(guó)認(rèn)為，電池?zé)崾Э胤雷o(hù)堵不如疏。無機(jī)相變材料能有效阻隔電池?zé)崾Э貍鞑ィ槾屉姵禺a(chǎn)生熱量被吸收后難以傳到周圍電池，最高溫度小于100℃。可有效抑制電池?zé)崾Э貢r(shí)的溫升，延長(zhǎng)熱失控觸發(fā)時(shí)間。

為提高儲(chǔ)能電池安全性，電池?zé)峁芾韯?shì)在必行。電池?zé)峁芾砑夹g(shù)分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種，相變熱管理是被動(dòng)式電池?zé)峁芾砑夹g(shù)的一種，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、均溫性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)材料不同，相變材料電池?zé)峁芾砜煞譃樘蓟鶑?fù)合相變材料電池?zé)峁芾?、柔性?fù)合相變材料電池?zé)峁芾怼⑾嘧內(nèi)橐豪鋮s介質(zhì)電池?zé)峁芾淼取?/p>

碳基復(fù)合相變材料電池?zé)峁芾?，通過將碳基復(fù)合相變材料包裹于電信商，最多可將電芯（3C放電）溫度降低30℃，放電倍率越高，電池降溫幅度越大。

柔性復(fù)合相變材料電池?zé)峁芾碇校嵝圆牧辖佑|熱阻小、延展性好、熱應(yīng)力小，且柔性絕緣相變材料重量輕、散熱性能優(yōu)異，有望在現(xiàn)有商用液冷系統(tǒng)應(yīng)用并實(shí)現(xiàn)功能升級(jí)。

相變?nèi)橐豪鋮s介質(zhì)電池?zé)峁芾碇?，相變?nèi)橐簯{借相變時(shí)較大的比熱容，具有比水冷更好的冷卻效果，可明顯改善高倍率放電時(shí)電池組的均溫性。