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第二十二期:“冬暖夏凉”的相变微胶囊材料,能够实现对热量的可控管理!

时间:2022-03-23        来源:

开过电动车的人,一定会有这样的感受:电动车电池一到冬天就变得不耐用了!


这种感觉并非错觉,科学实验也发现:电动车电池最佳使用温度是25℃,当温度过高,可能会引起异常发热;而温度过低,又会导致续航能力变差,尤其是温度低于20℃时,每下降1℃,电池续航能力就会下降1%。


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所以,电动车电池的控温管理,成为一项关乎人们日常生活的“重要的小事”。


01 绝佳的热管理材料——相变微胶囊


如何让电动车电池保持恒温?科研人员使用了“相变微胶囊”技术来解决。


我们在《【趣味科普】第九期:冬暖夏凉的衣服,“空调面料”改变生活!》中,已经介绍了相变微胶囊的原理:


生物质晶形蜡等相变材料通过可控微囊化工艺,制备成微纳级胶囊,这些微胶囊中包裹的相变材料,随着环境温度的变化来完成相态的转变,不会因液化而流失或局部堆积,并进行大量的吸热或放热过程,从而达到自主调节温度的效果。


简而言之,通过将融化吸热、凝结放热的材料装载到细微的中空小球里,制成均匀细腻的固体粉末,实现高温吸热、低温放热的效果。


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同样的道理,如果我们在电动车电池外,包裹一层相变微胶囊膜,则能够让电动车的电池,夏天温度不过高、不发烫;冬天温度不过低、不“跑”电。


02 相变微胶囊的原理——扩大系统焓值


之所以相变微胶囊能够实现“冬冷夏热”,是因为生物质晶形蜡本身拥有极高的相变焓值,能通过融化吸热、凝结放热维持系统温度的稳定,扩大了整个系统的焓值。


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焓值是热力学中,表述物质系统能量的一个参量,可以简单理解为热量的总储蓄量


如果我们把承载热量的目标物体比喻成一个容器;焓值大就如同一个大容器,它能够储存更多热量,那么,随着温度的变化,它必然比小容器的物体温度更稳定。


举个例子:温度0℃时,冰变成水,可以吸收存储333kJ/kg的热量,而如果换作水,则需要升温到80℃,才能吸收存储同样的热量。


相变微胶囊在物体上的运用正是这样的道理,通过相变储能,增加目标物质的焓值,如此便能够实现相对“恒温”的效果。


03 未来发展的新星——热管理材料


相变微胶囊在电动车的应用,只是这一能源材料应用的一小部分,作为热管理材料的“新星”,相变微胶囊的运用绝不仅仅于此。


智能手机的控温膜、交警在炎热夏天穿着的降温服、野外探险使用的保温帐篷、飞行员穿的保温宇航服……种种场景,都是相变微胶囊大展身手之地。


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随着节能减排的意识深入人心,热资源也将成为继水资源、电资源、燃料资源之后,人们关注的重点。


节能减排,不仅要提高能源的使用效率,更要预防能源因为温度等因素导致的流失与浪费。


既能确保温度适宜,又能实现节能减排,相变微胶囊这种“神仙材料”,一定会在促进产业结构转型的过程中,迸发出惊人的力量!


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