武漢高硬度無機矽納米陶瓷塗層（三功能陶瓷-水凝膠納米複合材料）

2023-04-15 08:52:10

與火災和爆炸相關的大型鋰離子電池系統的熱失控 (TR) 故障已成為越來越受關注的問題。近日，科研人員設計了一種智能陶瓷-水凝膠納米複合材料，可提供集成的熱管理、冷卻和防火功能，並實現全生命周期的安全性。玻璃-陶瓷納米帶海綿表現出高機械柔韌性，80%的可逆壓縮率和高抗疲勞性，可以與聚合物-納米粒子水凝膠牢固耦合，形成熱轉換納米複合材料。在運行模式下，納米複合材料的高焓可實現高效的熱管理，從而防止在極快充電條件下出現局部溫度峰值和過熱。在機械或熱濫用的情況下，儲存的水可以立即釋放，留下具有低導熱率（200 °C 時為 42 mW m–1 K–1）和耐高溫（高達1300°C），從而有效地冷卻TR電池並減輕毀滅性的TR傳播。多功能性、自適應性、環境友好性和製造可擴展性使這種材料在實際安全保證應用中極具吸引力。

圖 1. (a) 實際全生命周期熱安全管理的要求和解決方案。(b) 從陶瓷溶膠到陶瓷-水凝膠納米複合材料的轉化過程。(c) 不同材料的表面 zeta 電位。(d) 源自 X 射線顯微斷層掃描的納米複合材料的 3D 重建。(e) 製造的陶瓷-水凝膠納米複合材料相關尺寸的示意圖。

相關論文以題為Thermal-Switchable, Trifunctional Ceramic–Hydrogel Nanocomposites Enable Full-Lifecycle Security in Practical Battery Systems發表在《ACS Nano》上。通訊作者是北京大學韋小丁特聘研究員, 清華大學伍暉副教授以及多氟多新能源科技有限公司許飛技術副總。

參考文獻：

doi.org/10.1021/acsnano.2c02557