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第二十二期:“冬暖夏涼”的相變微膠囊材料,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)熱量的可控管理!

時(shí)間:2022-03-23        來(lái)源:

開(kāi)過(guò)電動(dòng)車的人,一定會(huì)有這樣的感受:電動(dòng)車電池一到冬天就變得不耐用了!


這種感覺(jué)并非錯(cuò)覺(jué),科學(xué)實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn):電動(dòng)車電池最佳使用溫度是25℃,當(dāng)溫度過(guò)高,可能會(huì)引起異常發(fā)熱;而溫度過(guò)低,又會(huì)導(dǎo)致續(xù)航能力變差,尤其是溫度低于20℃時(shí),每下降1℃,電池續(xù)航能力就會(huì)下降1%。


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所以,電動(dòng)車電池的控溫管理,成為一項(xiàng)關(guān)乎人們?nèi)粘I畹摹爸匾男∈隆薄?/p>


01 絕佳的熱管理材料——相變微膠囊


如何讓電動(dòng)車電池保持恒溫?科研人員使用了“相變微膠囊”技術(shù)來(lái)解決。


我們?cè)?a target="_blank" style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; color: rgb(87, 107, 149); text-decoration-line: none; -webkit-tap-highlight-color: rgba(0, 0, 0, 0); cursor: pointer; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">《【趣味科普】第九期:冬暖夏涼的衣服,“空調(diào)面料”改變生活!》中,已經(jīng)介紹了相變微膠囊的原理:


生物質(zhì)晶形蠟等相變材料通過(guò)可控微囊化工藝,制備成微納級(jí)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(lái)完成相態(tài)的轉(zhuǎn)變,不會(huì)因液化而流失或局部堆積,并進(jìn)行大量的吸熱或放熱過(guò)程,從而達(dá)到自主調(diào)節(jié)溫度的效果。


簡(jiǎn)而言之,通過(guò)將融化吸熱、凝結(jié)放熱的材料裝載到細(xì)微的中空小球里,制成均勻細(xì)膩的固體粉末,實(shí)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?cè)陔妱?dòng)車電池外,包裹一層相變微膠囊膜,則能夠讓電動(dòng)車的電池,夏天溫度不過(guò)高、不發(fā)燙;冬天溫度不過(guò)低、不“跑”電。


02 相變微膠囊的原理——擴(kuò)大系統(tǒng)焓值


之所以相變微膠囊能夠?qū)崿F(xiàn)“冬冷夏熱”,是因?yàn)?strong style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box; overflow-wrap: break-word !important;">生物質(zhì)晶形蠟本身?yè)碛袠O高的相變焓值,能通過(guò)融化吸熱、凝結(jié)放熱維持系統(tǒng)溫度的穩(wěn)定,擴(kuò)大了整個(gè)系統(tǒng)的焓值。


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焓值是熱力學(xué)中,表述物質(zhì)系統(tǒng)能量的一個(gè)參量,可以簡(jiǎn)單理解為熱量的總儲(chǔ)蓄量。


如果我們把承載熱量的目標(biāo)物體比喻成一個(gè)容器;焓值大就如同一個(gè)大容器,它能夠儲(chǔ)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(gè)例子:溫度0℃時(shí),冰變成水,可以吸收存儲(chǔ)333kJ/kg的熱量,而如果換作水,則需要升溫到80℃,才能吸收存儲(chǔ)同樣的熱量。


相變微膠囊在物體上的運(yùn)用正是這樣的道理,通過(guò)相變儲(chǔ)能,增加目標(biāo)物質(zhì)的焓值,如此便能夠?qū)崿F(xiàn)相對(duì)“恒溫”的效果。


03 未來(lái)發(fā)展的新星——熱管理材料


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


智能手機(jī)的控溫膜、交警在炎熱夏天穿著的降溫服、野外探險(xiǎn)使用的保溫帳篷、飛行員穿的保溫宇航服……種種場(chǎng)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(shí)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(guān)注的重點(diǎn)。


節(jié)能減排,不僅要提高能源的使用效率,更要預(yù)防能源因?yàn)闇囟鹊纫蛩貙?dǎo)致的流失與浪費(fèi)。


既能確保溫度適宜,又能實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排,相變微膠囊這種“神仙材料”,一定會(huì)在促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的過(guò)程中,迸發(fā)出驚人的力量!


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