科学家研究出可降低电动汽车仪表板温度的新型石墨-聚乙烯复合相变材料

新型聚合物复合材料在未来电动汽车领域中具有多种功能和用途。

电动汽车的发展近日在德国市场的势头越来越猛。正如弗劳恩霍夫结构稳定性和系统可靠性研究所(简称Fraunhofer LBF，位于德国达姆施塔特)7月份文件所报告的，在2017一年之内，电动汽车(EVs)的数量几乎翻了一番，达到了93000辆。Fraunhofer LBF研究所，优化能源管理和Use(OPTEMUS)研究项目负责人Paul Becker说：“为了进一步增加电动汽车的销量，我们不仅需要优化电动汽车的性能，比如汽车行驶范围，而且还需要增加乘员的舒适度。除这些外，还得考虑车辆内部的合理设计以及以客户需求为导向的热量管理。”

OPTEMUS项目的一个子目标是开发出一款用于电动汽车仪表板的新型材料，希望可以散去仪表板表面由太阳辐射造成的堆积热量。而Fraunhofer LBF研究所近日通过利用与EV冷却系统的集成技术，开发出了一种石墨填充聚乙烯(PE)复合材料，并顺利的解决了这个问题。研究小组表示这种新材料材料降温率已经达到了46%，与此同时还减少了运行空调系统所需的能量。这都有利于扩大电动汽车的行驶范围。

关于OPTEMUS

OPTEMUS是由欧盟资助，同时还受多家公司支持的一个研究项目，OPTEMUS成立是为了克服大规模使用电动汽车（EVs）的最大障碍之一：电池容量不够导致汽车行驶范围受到限制。OPTEMUS计划在2015年6月到2019年2月期间，开发出一些创新的智能驾驶技术，核心技术与补充技术。

图片来源：Fraunhofer LBF研究所

如图所示的是电动汽车菲亚特500 E设计的一部分。这是将现实生活原型与下面列出的技术虚拟原型相结合才能得以实现的目标：

 减少部件32%的冷却能耗，乘客舒适度为60%

 减少额外15%的能量，可用于牵引，

 在极端天气条件下，能量减少使行驶距离增加大于44公里的路程（38％），在炎热环境中可增加63公里的行程（70％）。

图片来源：www.optemus.eu

复合材料可作为相变材料

相变材料(PCMs)已经有数十年的发展，经常用于建筑、电子和汽车等领域中。相变材料是在特定温度下熔化和固化的材料，在相变过程中具有存储或释放大量能量的能力。当前也会研究固体-气体和液体-气体类型的相变材料。相变材料可以是有机或无机化合物，但通常包括一些可以填充石墨导电填料的材料。其他相变材料一般使用碳纳米管（CNTs）作为填料。

石墨、石墨烯和多壁碳纳米管（MWCNT）作为相变材料（PCM）制备复合材料示意图。

图片来源： steemkr.com/science (left) and International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 120, May 2018, Pages 33-41 at ScienceDirect.com (right).

Fraunhofer LBF研究所的科研人员试验了不同的载体材料和填料，如氮化硼和石墨。最后，他们制备了一种由聚乙烯为原材料，石墨为填料而制成的新型复合材料。（聚乙烯一种早就应用在汽车内部的聚合物）。研究人员表示石墨的添加给这种新复合材料带来非常好的导热性，快速散热性以及优异的储能能力。

石墨/聚乙烯复合相变材料的工作原理是在OPTEMUS的“智能覆盖板”规则中发现的。为了证明这种新材料的好处，研究人员将其置入菲亚特500e原型机的仪表板，同时开启加热和冷却阶段一直循环使用。冷却件由Peltier元件提供，这些元件是电热传感器，由外部风扇依次冷却。Peltier元件和EV散热器的能量都来于由附加12伏电池供电的光伏电池。

石墨/聚丙烯复合相变在菲亚特500 E原型车仪表板上的应用。

图片来源： Fraunhofer LBF研究所

LBF的研究人员利用在某个时间段内加热和冷却相变期间释放的能量激活的 Peltier元件。因此，风扇不经常以最大功率运行。冷却系统可以通过适当的调节与材料中的温度耦合。Fraunhofer研究人员认为，这会延长电子元件的预期寿命。“智能覆盖面板”实际上是由阳光本身所决定的，这意味着它只会在炎热的夏天进行冷却，而在冬天仪表板就会保持温暖。

实验比较了Fraunhofer LBF研究出的新型复合相变材料与传统仪表板用的聚丙烯-滑石粉复合材料。在暴露于1200瓦/平方米辐射功率的环境下1000秒，样品表面上的温度差大约为41°C，这也就相当于温度降低了46%。

Fraunhofer LBF将新型石墨/聚乙烯复合相变材料与传统聚丙烯-滑石复合材料进行比较，发现新型材料达到了46%的降温效果。

图片来源：Fraunhofer-LBF研究所

文章来自compositesworld.com，原文题目为：New composite material lowers temp of EV dashboard，由材料科技在线汇总整理。