再也不用擔心天冷手機罷工,用石墨烯泡沫為電池打造「機能型」外套

作者 | 發布日期 2021 年 08 月 17 日 17:55 | 分類 材料、設備 , 電池 Telegram share ! follow us in feedly


鋰離子電池應用範圍廣,可以在智慧型手機、筆電、電動車與電池儲能系統看到它們的身影,但鋰電池其實也滿怕冷跟炎熱天氣的,電池性能往往會受到溫度影響,太熱太冷都不行,因此現在美國普渡大學團隊變為電池研發「石墨烯泡沫」,天冷可以吸熱、過熱又可幫忙散熱,可以說是電池的「機能型」外套。

鋰離子電池的建議工作溫度落在攝氏 0~45 度,如果在冰天雪地環境使用智慧型手機,往往會發現手機很快就掛了。美國普渡大學材料工程教授 Xiulin Ruan 指出,電子設備的尺寸愈來愈輕巧、並要求愈來愈強大的功能,因此散熱(thermal management)重要性也水漲船高,只是通常設備多採用熱傳導、對流等被動式散熱技術,這種技術在天冷時沒有任何功用。

普渡大學研究團隊便找來「神奇材料」石墨烯,石墨烯是六角形蜂窩狀排列的薄膜,厚度只有一個碳原子薄,是世界上已知最薄、最堅硬的材料,其導電性、導熱性優異,既能轉變成絕緣材料、也可以化身超導材料。普渡大學團隊則指出,若製成石墨烯泡沫,內部的氣穴(air pockets)會讓石墨烯有如絕緣體一般。

石墨烯泡沫算是種市售產品,碳奈米粒子以特定沉積方式構成,中間則有許多微小的氣穴。團隊指出,泡沫中的氣穴會鎖住熱量,這時候可以把他們當成絕緣體,但若擠壓石墨烯泡沫、將空氣擠出,氣穴中的熱量就會透過泡沫傳導出去,團隊能依據泡沫的壓縮程度,精確調整熱的傳遞。

(Source:普渡大學

普渡大學團隊便透過這種雙重特性,研製出可以在絕緣體與導體之間來回切換的泡沫保護層。實驗也實際將泡沫夾在加熱器與散熱器中間,用紅外線顯微鏡來測量溫度與熱流,並發現,當泡沫的厚度維持在 1.2 mm 時,它就像一個絕緣體,可是把厚度壓縮到 0.2 mm 時,導熱性能竟可提高 倍。

同時團隊也有模擬在攝氏 0 ~30 度環境溫度溫度下,將石墨烯泡沫放置在熱源上方(就當作是電子設備了)後的溫度變化,實驗指出,熱源的溫度都相當穩定。普渡大學材料工程助理教授 Amy Marconnet 表示,石墨烯泡沫的功用就像電路中的電阻器,不是改變通過的電流,而是熱量。

團隊表示,這項系統在手機等個人電子產品最有市場,但未來也有機會應用在電動車電池這類對溫度也滿敏感的大型電池模組。

(首圖來源:shutterstock)