编辑推荐：
电池热管理系统研究：xylitol/myristyl alcohol共晶PCM在3S4P锂电模块中的应用显示，在0.5C-3C放电速率下，模块最高温度降低4.23%-31.7%，温差缩减33.41%-68.2%，相变温度44.22℃匹配电池安全阈值， latent heat 215.53 J/g显著提升热储能能力。
A.M. Fathimathul Faseena|Gururaj Govindaraja|A. Sreekumar
印度本地治里（Puducherry），605014，本地治里大学（Pondicherry University，一所中央大学）绿色能源技术系，太阳能热能实验室
摘要
随着电动汽车对能源需求的增加，人们对锂离子电池的依赖也随之加剧，这主要归功于锂离子电池优异的能量密度和低自放电特性。然而，这些电池在运行过程中会产生大量热量，从而可能影响其长期性能和安全性。因此，引入高效的电池热管理系统（BTMS）变得至关重要。近年来，基于相变材料（PCM）的策略在应对这些挑战方面引起了广泛的研究兴趣。本研究开发了一种由木糖醇和肉豆蔻醇组成的二元共晶PCM，并通过DSC、TGA、FTIR、XRD、腐蚀研究、加速热循环以及热导率分析（C-Therm）对其热物理性能进行了全面表征。构建了一个采用3S4P配置的12节锂离子电池模块，以实验研究其在不同放电速率下自然对流冷却和PCM冷却下的热响应。结果表明，与自然对流冷却相比，在0.5C、1C、1.5C、2C、2.5C和3C的放电速率下，PCM的使用分别使模块最高温度降低了4.23%、12.18%、17.89%、23.61%和31.7%。重要的是，即使在3C的放电速率下，PCM也能将电池温度保持在推荐的安全范围内，并成功将峰值温度限制在41°C以下。此外，温度均匀性也得到了显著改善，在测试的各个放电速率下，最大温差分别减少了33.41%、53.45%、60.46%、65.89%、66.2%和68.2%。木糖醇/肉豆蔻醇共晶PCM在高负载条件下表现出强大的热稳定性和有效的电池热管理潜力。
缩写说明
缩写
| PCM | 相变材料 |
| BTMS | 电池热管理系统 |
| EV | 电动汽车 |
| LIBs | 锂离子电池 |
| PA | 石蜡 |
| CPCM | 复合相变材料 |
| EG | 膨胀石墨 |
| SOC | 充电状态 |
| FPCM | 柔性相变材料 |
| EPCM | 共晶相变材料 |
| TES | 热能储存 |
材料
木糖醇是一种纯度为99%的白色结晶固体，购自印度Sisco Research Laboratories (SRL)有限公司。它是一种天然糖醇，存在于许多植物和蔬菜中。肉豆蔻醇的纯度也为98%，同样来自SRL有限公司。材料的性质如表1所示（数据来源于文献）。这些材料未经额外纯化直接使用。
共晶PCM的制备
共晶PCM是通过熔融混合法合成的。
相变特性
图5展示了二元共晶混合物的相图。在液相线以上，木糖醇和肉豆蔻醇以液态共存。当混合比例为1.4:8.6时，混合物的共晶温度为44°C，在此温度下两种成分同时发生熔化。
图6展示了不同摩尔比的XY/MA二元混合物在理论预测的共晶组成附近的DSC熔化曲线。
PCM的充放电过程
图14（a）和（b）展示了PCM在充放电过程中的热行为。在相变开始之前，温度在显热区域内稳定上升。熔化过程中的斜率变化表明能量储存过程处于恒温状态，反映了相变过程的吸热特性。潜热储存阶段持续了1.47小时。在放电初期，由于显热冷却作用，PCM温度急剧下降。
自然空气冷却下的热量散发
图15（a）和（b）展示了在自然空气冷却条件下，电池模块在1C充电时的I-V特性和热响应。充电以恒定电流（CC）模式开始，电流约为9.5 A。在此阶段，电压在40分钟内从9.7 V升至11.6 V，这归因于锂离子在石墨负极处的嵌入以及电极-电解质界面的电荷转移反应产生的热量。
讨论
木糖醇/肉豆蔻醇共晶PCM的优异热性能可以通过其热物理特性和吸热机制来解释。其共晶熔化温度（44.22°C）与锂离子电池（LIBs）的临界工作温度范围非常接近，使得在高放电速率下能够及时吸收多余的热量。此外，它还具有215.53 J/g的高熔化潜热，从而在运行过程中有效吸收热量。
结论
虽然传统的基于石蜡的PCM可以在一定程度上改善电池模块的热量散发，但保持材料的稳定性仍然具有挑战性。本研究开发了一种由木糖醇和肉豆蔻醇组成的新型共晶PCM，用于锂离子电池的热管理。通过DSC、TGA、FT-IR和XRD分析系统地表征了EPCM的热物理性能，证实了其在热稳定性、化学稳定性和结构稳定性方面的优异表现。随后，使用这种PCM对一个3S4P配置的电池模块进行了测试。
CRediT作者贡献声明
A.M. Fathimathul Faseena：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、软件开发、方法论设计、实验研究、数据分析、概念构建。
Gururaj Govindaraja：数据可视化、验证、方法论设计、概念构建。
A. Sreekumar：撰写——审稿与编辑、数据可视化、项目监督、资源调配、资金获取、概念构建。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
