【摘 要】
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自工业革命以来,化石能源的消费总量逐年攀升。同时,使用化石能源带来的环境污染问题也逐渐加剧,在能源短缺和环境污染双重压力下,发展和使用以风能、太阳能等清洁型新能源产业成为各国今后的重点。电动汽车是新能源产业的重要组成部分之一。但是,动力电池热失控和自燃问题频发,减缓了新能源产业的发展速度。鉴此,本文设计了多糖辅助氮化硼分散和多孔结构制备连续化工艺,以天然多糖类材料为氮化硼剥离辅助剂并促进分散,随后
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自工业革命以来,化石能源的消费总量逐年攀升。同时,使用化石能源带来的环境污染问题也逐渐加剧,在能源短缺和环境污染双重压力下,发展和使用以风能、太阳能等清洁型新能源产业成为各国今后的重点。电动汽车是新能源产业的重要组成部分之一。但是,动力电池热失控和自燃问题频发,减缓了新能源产业的发展速度。鉴此,本文设计了多糖辅助氮化硼分散和多孔结构制备连续化工艺,以天然多糖类材料为氮化硼剥离辅助剂并促进分散,随后冷冻干燥制备多孔导热材料,并将其用于封装相变材料,制备复合相变材料。制备过程简单环保,封装材料形状易控,可广泛利用于电池组外部热管理系统中,以防止因热失控引起的电池自燃,促进我国新能源汽车行业发展。本文分别以糖类和氮化硼（BN）作为多孔材料的支撑框架和导热填料,通过多糖水溶液辅助剥离BN及冷冻干燥法制备多孔导热材料,并以真空浸渍法,吸附石蜡和聚乙二醇,得到多孔导热材料封装复合相变材料。结合傅里叶红外光谱仪（FT-IR）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和热重分析仪（TGA）分别表征了复合相变材料的化学结构,晶型结构,微观结构和热稳定性。利用差示扫描量热计（DSC）研究了不同BN添加量的多孔材料对相变材料的负载效果和复合相变材料的热储存性能影响因素和规律。设计冷热循环实验和热导率测试仪（Hot disk）分别研究了复合相变材料的热可靠性、形状稳定性和导热性能。实验结果表明,复合相变材料具有较好的化学相容性,相变材料吸附量随BN含量的增加而减小,导致复合相变材料的相变潜热降低,相变材料所占百分含量均超过60%。石蜡基和聚乙二醇基复合相变材料相变潜热分别为118.44和149.11 J/g,导热系数分别为1.14和0.99 W/（m·K）。复合相变材料热可靠性较好,冷热循环100次后,相变潜热变化均不超过5%,且质量几乎不变（≤0.2%）。本文还以十二水磷酸氢二钠（DHPD）和阿拉伯树胶（GA）分别作为三水合醋酸钠（SAT）的成核剂和增稠剂,对SAT进行改性,制备SAT-DHPD-GA复合相变材料（SDG）。再将SDG封装到多孔导热材料（BNCA）中,获得水合盐基复合相变材料。探究了DHPD和GA的含量对SAT相变行为、过冷度和相分离现象的影响规律,优化了复合相变材料的制备工艺。研究结果表明,SAT的过冷度随DHPD含量的增加呈先减小后增加的趋势,当DHPD含量为4%时,SAT过冷度从大于70℃下降到1.17℃,保留了较高的储热能力（△Hm=271.37 J/g）。GA的增稠效应促进了固相均匀分散,但是过冷度随GA的增加而呈现出先增后减的趋势,当GA含量达到5%时,相分离得到解决,同时过冷度也较小(Tsc=4.95℃)。通过BNCA负载SDG得到BNCA/SDG复合相变材料,有效地解决了液相泄漏的问题,同时为SAT结晶提供了成核位点,抑制了过冷度(Tsc=2.54℃),相变潜热达到193.17 J/g。而且,利用Hot disk热导率仪和K型热电偶-安捷伦数据采集器对其导热性能进行评估,导热系数从0.23 W/（m·K）增加到了1.00W/（m·K）,加热时间和降温时间分别减少了22.48%和19.57%。通过氮化硼/糖类多孔材料负载相变材料,能有效解决相变材料导热率低、易泄露的问题,同时保留了较高的储能密度。
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