苏州大学Advanced Functional Materials双模式自监测锂电池热管理系统

• 本文贡献:

- 贡献一：提出了一种具有高面外导热系数（0.81 W/m·K）和强界面粘附的双层结构AH/HCFF，显著提升了散热效率。

- 贡献二：利用碳材料的光热效应，实现了电池在低温环境下的快速预热（-20°C至25°C仅需4分钟）。

- 贡献三：利用双层结构中的湿气梯度实现了湿气发电，可通过电压信号实时自监测材料含水状态，预警冷却失效。

实验对象: 主要材料包括碳纤维氈（CFF，厚3 mm）、LiCl盐、聚丙烯酸/季铵化壳聚糖/碳纳米管（PAA/QCS/CNT）水凝胶。电池为18650型锂离子电池（3.7 V, 2.0 Ah）。

测试条件: 冷却测试在25°C、70%相对湿度（RH）下进行，采用10C超高倍率放电；预热测试在模拟-20°C低温环境下，采用模拟太阳光（100 mW/cm²）照射。

Figure 4b,c,d: 对比了包裹与未包裹AH/HCFF的电池在10C放电下的温升曲线和红外热像图。说明AH/HCFF能显著抑制电池温升，最大温差达28.3°C。

Figure 5e,h: 展示了在-20°C低温下，AH/HCFF在光照下自身及电池表面的升温曲线。说明其具有快速的光热预热能力。

Figure 6b,c,e: 展示了不同结构材料的开路电压（Voc）和短路电流（Isc），以及AH/HCFF的输出功率密度随外电阻的变化。说明其双层结构是高效湿气发电的关键，最大功率密度达38.6 μW/cm²。

Figure 7a,c,f: 建立了Voc与相对湿度、吸水率、冷却性能的关联，并演示了基于电压阈值（1.07 V）的冷却失效预警系统。说明湿电信号可用于可靠地实时监测材料 hydration level 并预警。

• 主要发现 :

1.AH/HCFF具有优异的冷却性能（η=53.9%）和循环稳定性（200次循环）。

2.材料兼具强大的光热预热能力，能应对极端低温环境。

3.独特的双层结构使其能利用环境湿度发电，输出性能优于多数已报道的MEGs。

4.产生的电压信号与材料含水率高度相关，可用于构建自监测与智能预警系统。

• 作者的解读:作者认为，这种将高效热管理、光热转换与湿气发电自监测功能集成于单一材料的策略，为开发智能、自适应、可持续的下一代电池热管理系统开辟了新途径。