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GIST研究人员发现更安全的电动汽车电池的关键

据外媒报道,韩国光州科技研究院(Gwangju Institute of Science and Technology,GIST)的研究人员表示已经发现了更安全的电动汽车电池和储能设备的关键。更具体地说,该研究所的科学家揭示了储能设备在运行过程中热特性的关键变化,为电动汽车电池或其他储能设备更好地实现热管理铺平了道路。有效管理电动汽车电池等储能设备的热特性是避免热失控的关键,因为热失控可能导致火灾。

GIST研究人员发现更安全的电动汽车电池的关键

图片来源:韩国光州科技研究院

研究人员表示,他们发现了双电层电容器(EDLC)在充电和放电过程中热特性的关键变化,这将有助于制定未来的热管理策略。EDLC又称超级电容器,有助于确保电力系统的质量和短期可靠性。EDLC可以非常快速地充放电,并且对于满足电动汽车的电池存储需求变得越来越重要。与存储能量的传统电容器一样,EDLC中的电能存储在分离板之间的电场中。

现代储能设备,例如超级电容器和电池,具有高度依赖温度的性能。如果设备过热,它就会容易受到称为“热失控”的情况的影响。

当电池的温度迅速升高时,几毫秒内可能就会发生热失控。而一旦发生热失控,存储在电池中的能量会突然释放,从而产生连锁反应,即车辆的电池组内会产生大约400摄氏度的极高温度。

热失控会导致爆炸或火灾。对于汽车制造商来说,采用最佳的热管理策略是电动汽车安全运行的必要条件。GIST研究人员对作为热测量技术基础的EDLC的热特性进行了研究,并揭示了重要的新信息。

EDLC用于存储再生制动产生的能量,并在驾驶员需要时可为加速提供必要的动力。它们可以非常快速地充电和放电。该超级电容器通常用于提高电动汽车的整体效率。

研究领导者Jae Hun Seol教授解释说,通过使用测量材料热导率的科学方法3ω 热线法,研究人员能够用微量的电极电解质体积实时测量EDLC的热容量变化,以测试吸附(离子附着在导电材料上)和解吸(离子被吸入材料中)。

该研究小组在静态条件下和充电循环期间都进行了这些实验。结果发现,实验中正负极的温度在充电过程中分别变化了0.92%和0.42%,相当于各自的热容量降低了9.1%和3.9%,理论上可以减少电池热失控发生的几率。

Seol教授表示:“根据热力学理论,系统的离子构型熵(一种随机性的度量)在充电过程中会降低。这也会影响系统的自由能,并导致Cp(热容量)降低。”该团队还改变了氢氧化钾电解质的浓度,以了解钙浓度对EDLC性能的影响。

研究人员发现,EDLC显示出最大电容,即存储在电容器导体上的电荷与其电势差的比值,以及当电解质浓度增加时热容量降低。研究小组将其归因于电解质浓度的变化以及对离子迁移率的影响,其中离子迁移率是离子通过电场的速度。

Seol教授说称:“这项研究的一个重要发现是充电和放电也会改变EDLC的热容量(Cp),并将扩展我们对EDLC潜在热物理的理解。事实上,该研究结果被认为是朝着未来有效的热管理策略迈出的重要一步,或可打造出更安全、更可靠的储能设备。”

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