有效管理儲(chǔ)能設(shè)備的熱性能是避免熱失控和確保安全的關(guān)鍵。最近，光州科學(xué)技術(shù)研究所的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了雙電層電容器在充電和放電過(guò)程中熱特性的關(guān)鍵變化，這將有助于為未來(lái)的熱管理策略提供信息。

現(xiàn)代儲(chǔ)能設(shè)備，例如超級(jí)電容器和電池，具有高度依賴溫度的性能。如果設(shè)備變得太熱，它就會(huì)容易受到“熱失控”的影響。熱失控或不受控制的過(guò)熱最終會(huì)導(dǎo)致爆炸或火災(zāi)。采用明智的熱管理策略對(duì)于設(shè)備的穩(wěn)定和安全運(yùn)行是必要的。為此，重要的是要了解某些熱特性，如熱容量 (C p )，在充電和放電過(guò)程中是如何動(dòng)態(tài)變化的。

最近，光州科學(xué)技術(shù)研究院的研究人員研究了雙電層電容器 (EDLC) 的熱特性——一種具有高功率和長(zhǎng)壽命的超級(jí)電容器——為熱測(cè)量的技術(shù)基礎(chǔ)奠定了基礎(chǔ)，并揭示了重要信息。“使用 3ω 熱線法，我們能夠在微觀電極-電解質(zhì)體積中實(shí)時(shí)測(cè)量 EDLC 的熱容量變化，這是離子吸附和解吸的活性位點(diǎn)，”教授解釋說(shuō)。領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的Jae Hun Seol 。該研究于 2022 年 2 月 5 日在線提供，并將于 2022 年 6 月 1 日在 International Journal of Heat and Mass Transfer 的第 188 卷第 122632期上發(fā)表。

研究小組在原位(在靜態(tài)條件下)和操作(在充電期間)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。他們發(fā)現(xiàn)，在充電過(guò)程中，正負(fù)極的溫度分別變化了 0.92% 和 0.42%，對(duì)應(yīng)的 C p分別降低了 9.14% 和 3.91% 。“根據(jù)熱力學(xué)理論，系統(tǒng)的離子構(gòu)型熵(一種隨機(jī)性的度量)在吸附(即充電)過(guò)程中會(huì)降低。這也會(huì)影響系統(tǒng)的自由能。這會(huì)導(dǎo)致 C p降低，”解釋說(shuō)Seol 教授。

該團(tuán)隊(duì)還改變了電解質(zhì)氫氧化鉀的濃度，以了解它如何影響 EDLC 性能。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電解液濃度為8 M時(shí)，EDLC 表現(xiàn)出最大電容和 Cp 降低。他們將此歸因于離子水合程度及其離子遷移率的變化。

“這項(xiàng)研究的一個(gè)重要方面是充電和放電也會(huì)改變EDLC 的C p，”Seol 教授說(shuō)。“這些發(fā)現(xiàn)將擴(kuò)展我們對(duì) EDLC 潛在熱物理的理解。 ”

事實(shí)上，這些結(jié)果可以被認(rèn)為是朝著未來(lái)有效的熱管理策略邁出的重要一步，這將創(chuàng)造出更安全、更可靠的能量存儲(chǔ)設(shè)備。