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第二十二期:“冬暖夏涼”的相變微膠囊材料,能夠實現(xiàn)對熱量的可控管理!

時間:2022-03-23        來源:

開過電動車的人,一定會有這樣的感受:電動車電池一到冬天就變得不耐用了!


這種感覺并非錯覺,科學實驗也發(fā)現(xiàn):電動車電池最佳使用溫度是25℃,當溫度過高,可能會引起異常發(fā)熱;而溫度過低,又會導致續(xù)航能力變差,尤其是溫度低于20℃時,每下降1℃,電池續(xù)航能力就會下降1%。


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所以,電動車電池的控溫管理,成為一項關乎人們日常生活的“重要的小事”。


01 絕佳的熱管理材料——相變微膠囊


如何讓電動車電池保持恒溫?科研人員使用了“相變微膠囊”技術來解決。


我們在《【趣味科普】第九期:冬暖夏涼的衣服,“空調面料”改變生活!》中,已經介紹了相變微膠囊的原理:


生物質晶形蠟等相變材料通過可控微囊化工藝,制備成微納級膠囊,這些微膠囊中包裹的相變材料,隨著環(huán)境溫度的變化來完成相態(tài)的轉變,不會因液化而流失或局部堆積,并進行大量的吸熱或放熱過程,從而達到自主調節(jié)溫度的效果。


簡而言之,通過將融化吸熱、凝結放熱的材料裝載到細微的中空小球里,制成均勻細膩的固體粉末,實現(xiàn)高溫吸熱、低溫放熱的效果。


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同樣的道理,如果我們在電動車電池外,包裹一層相變微膠囊膜,則能夠讓電動車的電池,夏天溫度不過高、不發(fā)燙;冬天溫度不過低、不“跑”電。


02 相變微膠囊的原理——擴大系統(tǒng)焓值


之所以相變微膠囊能夠實現(xiàn)“冬冷夏熱”,是因為生物質晶形蠟本身擁有極高的相變焓值,能通過融化吸熱、凝結放熱維持系統(tǒng)溫度的穩(wěn)定,擴大了整個系統(tǒng)的焓值。


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焓值是熱力學中,表述物質系統(tǒng)能量的一個參量,可以簡單理解為熱量的總儲蓄量。


如果我們把承載熱量的目標物體比喻成一個容器;焓值大就如同一個大容器,它能夠儲存更多熱量,那么,隨著溫度的變化,它必然比小容器的物體溫度更穩(wěn)定。


舉個例子:溫度0℃時,冰變成水,可以吸收存儲333kJ/kg的熱量,而如果換作水,則需要升溫到80℃,才能吸收存儲同樣的熱量。


相變微膠囊在物體上的運用正是這樣的道理,通過相變儲能,增加目標物質的焓值,如此便能夠實現(xiàn)相對“恒溫”的效果。


03 未來發(fā)展的新星——熱管理材料


相變微膠囊在電動車的應用,只是這一能源材料應用的一小部分,作為熱管理材料的“新星”,相變微膠囊的運用絕不僅僅于此。


智能手機的控溫膜、交警在炎熱夏天穿著的降溫服、野外探險使用的保溫帳篷、飛行員穿的保溫宇航服……種種場景,都是相變微膠囊大展身手之地。


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隨著節(jié)能減排的意識深入人心,熱資源也將成為繼水資源、電資源、燃料資源之后,人們關注的重點。


節(jié)能減排,不僅要提高能源的使用效率,更要預防能源因為溫度等因素導致的流失與浪費。


既能確保溫度適宜,又能實現(xiàn)節(jié)能減排,相變微膠囊這種“神仙材料”,一定會在促進產業(yè)結構轉型的過程中,迸發(fā)出驚人的力量!


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