Aramid Nanofiber‐Based Janus Phase Change Composites Toward Multi‐Mode Adaptive Battery Thermal Management

材料科学 热失控 氮化硼 复合材料 复合数 芳纶 热导率 保温 热的 相变材料 电池(电) 图层(电子) 热稳定性 电子设备和系统的热管理 相(物质) 热能储存 降级(电信) 纳米纤维 相变 潜热 热传导 氮化物 热阻
作者
Xuping Jia,Xiaoxiao Li,Kai Chen,Jia You,Wei Fan,Roohollah Bagherzadeh,Binmeng Chen,Chao Zhang,Yue‐E Miao,Tianxi X. Liu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.78444
摘要

ABSTRACT Phase change materials (PCMs) have garnered widespread interest in battery thermal management (BTM) for their excellent temperature regulation, high thermal storage density, and passive cooling without additional power consumption. Nevertheless, conventional PCMs fail to simultaneously mitigate capacity degradation caused by extremely high/low ambient temperatures and suppress battery thermal runaway (BTR) risks. Herein, a Janus‐structured phase change composite built on aramid nanofiber (ANF) aerogels, is engineered for multi‐mode adaptive BTM applications. The bilayer asymmetric architecture is constructed with boron nitride nanosheets embedded in the large‐pore ANF layer to deliver high thermal conductivity (1.860 W m −1 K −1 ) and large latent heat (189.23 J g −1 ) after PCM impregnation, while fluorosilane modification imparts the small‐pore ANF layer remarkable thermal insulation (0.028 W m −1 K −1 ) and flame retardancy. The as‐resulted composite with a thickness of 7 mm achieves an 8.60°C reduction in the surface temperature for commercial 2000 mAh lithium‐ion batteries under 3 C charge/discharge cycling. It also drastically decreases the peak runaway temperature from 798.29°C to 240.85°C and effectively blocks BTR propagation between adjacent cells. Meanwhile, the composite raises the usable discharge capacity from 770 to 1275 mAh at −20°C, offering a promising strategy for developing multi‐mode adaptive BTM systems.
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