用石墨烯泡沫为电池打造冬暖夏凉的外套

锂离子电池应用范围广,可以在手机、笔电、电动车与电池储能系统看到它们的身影,但锂电池其实也满怕冷跟炎热天气的,电池性能往往会受到温度影响,太热太冷都不行,因此现在美国普渡大学团队变为电池研发「石墨烯泡沫」,天冷可以吸热、过热又可帮忙散热,可以说是电池的智能型外套。

锂离子电池的建议工作温度在摄氏0~45 度,如果在冰天雪地环境使用智能手机,往往会发现手机很快就挂了。美国普渡大学材料工程教授

普渡大学研究团队便找来「神奇材料」石墨烯,石墨烯是六角形蜂窝状排列的薄膜,厚度只有一个碳原子薄,是世界上已知最薄、最坚硬的材料,其导电性、导热性优异,既能转变成绝缘材料、也可以化身超导材料。普渡大学团队则指出,若制成石墨烯泡沫,内部的气穴(air pockets)会让石墨烯有如绝缘体一般。

石墨烯泡沫算是种市售产品,碳奈米粒子以特定沉积方式构成,中间则有许多微小的气穴。团队指出,泡沫中的空穴会锁住热量,这时候可以把他们当成绝缘体,但若挤压石墨烯泡沫、将空气挤出,空穴中的热量就会透过泡沫传导出去,团队能依据泡沫的压缩程度,精确调整热的传递。

普渡大学团队便透过这种双重特性,研制出可以在绝缘体与导体之间来回切换的泡沫保护层。实验也实际将泡沫夹在加热器与散热器中间,用红外线显微镜来测量温度与热流,并发现,当泡沫的厚度维持在1.2 mm 时,它就像一个绝缘体,可是把厚度压缩到 0.2 mm 时,导热性能竟可提高 8 倍。

同时团队也有模拟在摄氏 0 ~30 度环境温度温度下,将石墨烯泡沫放置在热源上方(就当作是电子设备了)后的温度变化,实验指出,热源的温度都相当稳定。普渡大学材料工程助理教授 Amy Marconnet 表示,石墨烯泡沫的功用就像电路中的电阻器,不是改变通过的电流,而是热量。

团队表示,这项系统在手机等个人电子产品最有市场,但未来也有机会应用在电动车电池这类对温度也满敏感的大型电池模组。

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