基于动力电池微观热电化学特性与宏观产热行为关联性的相变材料电池热管理研究

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基本信息

  • 批准号：
    21875046
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    65.0万
  • 负责人：
    张国庆
  • 依托单位：
    广东工业大学
  • 学科分类：
    B0908.能源材料化学
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

In this project, with the aim of enhancing the thermal safety performance of the power batteries in practical loading application, we will investigate the relevance between the electrochemical process and micro thermo-electrochemistry properties in power lithium-ion batteries. Coupling the experimental/simulative study with chemical thermodynamics/kinetics and engineering thermodynamics/kinetics, the relationship between the micro thermo-electrochemistry properties and macro heat generation rule will be illustrated, and thus the 3D heat generation and internal heat transfer model of the power lithium-ion batteries will be established. On this basis, the dependence of the thermal safety performance of the power lithium-ion batteries on the thermo-electrochemistry properties of the electrode materials and the phase change materials (PCM)-based battery thermal management will be analyzed, and eventually the precise construction of the PCM-based battery thermal management system will be realized. In conclusion, this project will greatly develop the thermal safety technology of the power batteries, demonstrating important theoretic significance and application value.
本项目以提高动力电池组实际装车应用中的热安全性为导向，系统研究主流动力锂离子电池的电化学进程-微观产热行为关联性。通过实验与模拟耦合的手段，结合化学热力学/动力学、工程热力学/动力学的相关知识，构筑微观热电化学特性与宏观产热规律的桥梁，从而建立动力锂离子电池模块三维产热与内部传热模型。在此基础上，系统分析动力电池热安全性对电极材料热电化学特性与相变材料冷却系统的依赖性，实现满足各种不同需求的相变材料电池热管理系统的精确定制与匹配，最终建立一套系统的相变材料热管理系统研究方法。本项目将有力地促进动力电池组热安全技术的进步，具有重要的理论意义和应用价值。

结项摘要

研究单体电池电极材料的微观热电化学特性与电池模组宏观产热规律的关联性，并以此为基础设计与之匹配的电池热管理系统，是从外部解决动力电池模组的热安全问题的唯一途径。而目前的工作大多集中在单一的产热行为或电化学性能研究，微观热电化学与宏观产热/电化学行为的关联性不明晰，无法形成电池热管理系统的设计依据。针对这些问题，本项目首先提出了温度场叠加法研究锂离子电池的温度响应情况及产热规律，并结合电化学性能测试，揭示了“电极-电芯”在机械滥用、电滥用和热滥用等情况下的热-电化学特性，进而分析电池（模组）电化学性能衰减与宏观产热行为的关联性，提出容量/功率衰退及热安全问题触发的根源在于电极材料载流子传输阻抗及不可逆产热非同步增大引起的反应可逆性破坏。以此为基础，研发一系列复合相变材料（Phase change temperature，PCM），调控其结构以优化热物性能、机械性能、电绝缘性及热稳定性以匹配电池热管理应用需求。进而，通过模块结构设计，提高PCM热管理系统的二次散热性能及自身安全性，并集成预热功能，实现了高可靠性PCM热管理系统的精确定制。.同时，基于电池（模组）的热-电化学关联性分析，我们还开展了液体冷却技术研究。以模拟仿真耦合实验测试的方法，通过精确调控液冷组件的宏观结构、结合方式及内部流道，提高模组控温性能，简化结构，降低能耗及制造成本。.在本项目的资助下，我们取得了较好成果：在Appl. Energ.、Energ. Convers. Manage.、Chem. Eng. J.、J. Power Sources等期刊发表论文35篇，其中影响因子大于 10 的论文8篇；授权中国发明专利 5 件；培养了12名研究生。超过预期目标。

项目成果

期刊论文数量（35）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（5）
Preparation of Composite Cooling Boards Composed of Thermal Conductive Silica Gel and Phase Change Materials for Battery Thermal Managemen
电池热管理用导热硅胶与相变材料复合散热板的制备
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Energy & Fuels
  • 影响因子：
    5.3
  • 作者：
    Runye Huang;Jiekai Xie;Xihong Wu;Guoqing Zhang;Xiaoqing Yang
  • 通讯作者：
    Xiaoqing Yang
Low-temperature preparation of solid-solid phase change polymer for thermal management modules
热管理模块用固-固相变聚合物的低温制备
  • DOI：
    10.1016/j.ces.2021.116985
  • 发表时间：
    2021-12
  • 期刊：
    Chemical Engineering Science
  • 影响因子：
    4.7
  • 作者：
    Xiaodong Lin;Dan Shao;Liqing Jiang;Xinlong Dong;Guoqing Zhang;Changren Xiao;Xiaoqing Yang
  • 通讯作者：
    Xiaoqing Yang
Experimental investigation on a novel liquid-cooling strategy by coupling with graphene-modified silica gel for the thermal management of cylindrical battery
石墨烯改性硅胶耦合新型液冷策略用于圆柱电池热管理的实验研究
  • DOI：
    10.1016/j.applthermaleng.2019.113885
  • 发表时间：
    2019-08-01
  • 期刊：
    APPLIED THERMAL ENGINEERING
  • 影响因子：
    6.4
  • 作者：
    Lv, Youfu;Zhou, Dequan;Zhang, Guoqing
  • 通讯作者：
    Zhang, Guoqing
Characterization and experimental investigation of aluminum nitride-based composite phase change materials for battery thermal management
用于电池热管理的氮化铝基复合相变材料的表征与实验研究
  • DOI：
    10.1016/j.enconman.2019.112319
  • 发表时间：
    2020-01
  • 期刊：
    Energy Conversion and Management
  • 影响因子：
    10.4
  • 作者：
    Jiangyun Zhang;Xinxi Li;Guoqing Zhang;Yongzhen Wang;Jianwei Guo;Ye Wang;Qiqiu Huang;Changren Xiao;Zhaoda Zhong
  • 通讯作者：
    Zhaoda Zhong
A thermal conductive composite phase change material with enhanced volume resistivity by introducing silicon carbide for battery thermal management
通过引入碳化硅来增强体积电阻率的导热复合相变材料用于电池热管理
  • DOI：
    10.1016/j.applthermaleng.2018.07.095
  • 发表时间：
    2018-11-05
  • 期刊：
    APPLIED THERMAL ENGINEERING
  • 影响因子：
    6.4
  • 作者：
    Yuan, Wangzhou;Yang, Xiaoqing;Li, Xinxi
  • 通讯作者：
    Li, Xinxi

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  • 期刊：
    Pure and Applied Geophysics
  • 影响因子：
    2
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    高尚华;付广裕;刘泰;张国庆
  • 通讯作者：
    张国庆
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    --
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    李传林;张国庆;王永增;郭连军;刘鑫
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    刘鑫
稀土-Heusler合金Tb-Co_2FeAl垂直磁各向异性薄膜的制备和磁性能的研究
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    --
  • 发表时间：
    2010
  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    李晓其;徐晓光;张德林;包瑾;张国庆;姜勇
  • 通讯作者：
    姜勇

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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