KR20200052337A - 열방산 요소 - Google Patents

열방산 요소 Download PDF

Info

Publication number
KR20200052337A
KR20200052337A KR1020207010023A KR20207010023A KR20200052337A KR 20200052337 A KR20200052337 A KR 20200052337A KR 1020207010023 A KR1020207010023 A KR 1020207010023A KR 20207010023 A KR20207010023 A KR 20207010023A KR 20200052337 A KR20200052337 A KR 20200052337A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat dissipation
graphite
pcm
thin film
plate
Prior art date
Application number
KR1020207010023A
Other languages
English (en)
Inventor
토마스 코엑크
베르너 랑어
Original Assignee
에스지엘 카본 에스이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에스지엘 카본 에스이 filed Critical 에스지엘 카본 에스이
Publication of KR20200052337A publication Critical patent/KR20200052337A/ko

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/06Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
    • C09K5/063Materials absorbing or liberating heat during crystallisation; Heat storage materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/023Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material being enclosed in granular particles or dispersed in a porous, fibrous or cellular structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61Types of temperature control
    • H01M10/613Cooling or keeping cold
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625Vehicles
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/651Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by parameters specified by a numeric value or mathematical formula, e.g. ratios, sizes or concentrations
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/653Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by electrically insulating or thermally conductive materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6554Rods or plates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/659Means for temperature control structurally associated with the cells by heat storage or buffering, e.g. heat capacity or liquid-solid phase changes or transition
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/20Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14Thermal energy storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

본 발명은, 열방산 요소와; 자동차, 화물차(LKW) 또는 페델렉(pedelec)에서 Li 이온 배터리의 온도를 조절하기 위해 사용되는 상기 열방산 요소의 용도;에 관한 것이다.

Description

열방산 요소
본 발명은, 열방산 요소와; 자동차, 화물차(LKW) 또는 페델렉(pedelec) 내 Li 이온 배터리의 온도 조절을 위해 사용되는 열방산 요소의 용도;에 관한 것이다.
자동차, 화물차 또는 페델렉 내 Li 이온 배터리를 위해 열방산 요소가 사용되지만, 이 열방산 요소는, 겨울철과 같이 저온에서는 항시 시동 전에 Li 이온 배터리를 예열하는 하나 또는 복수의 가열 소자가 필요하다는 문제가 있다. 또한, 저온에서는 Li 이온 배터리의 용량이 감소하며 충전 시간이 길어진다. 그러나 주행이 시작되자마자 탑승자 공간의 온도 조절을 위해서뿐만 아니라 주행 자체를 위해서도 많은 에너지가 필요하다. 사용되고 있는, 알루미늄 또는 흑연 재료 소재의 열방산 요소는 온도를 유지할 수 없으며, 이는 열방산 요소가 전체 구조를 냉각시키는 결과를 낳는다. 예를 들어 EP2825611 A1호에서는 전반적으로 열방산 요소에 의한 냉각을 기술한다.
따라서 본 발명의 과제는, Li 이온 배터리의 온도를 확정된 온도로 안정화시킬 수 있고, 전술한 종래 기술의 단점들을 극복할 수 있는, Li 이온 배터리용 열방산 요소를 제공하는 것이다.
상기 과제는, 자동차, 화물차 또는 페델렉 내의 Li 이온 배터리의 온도를 조절하기 위해 흑연 및 마이크로캡슐화 상변화 물질(PCM: Phase Change Material)을 포함하는 하나 이상의 열방산 요소를 사용함으로써 해결된다.
열방산 요소가 Li 이온 배터리 내에서 소위 파우치 셀들 사이에 배치됨으로써, Li 이온 배터리의 구조에 따라 하나 또는 복수의 열방산 요소가 사용된다.
바람직하게, 흑연은 천연 흑연, 합성 흑연, 팽창 흑연(expanded graphite) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
연충 모양(vermicular) 구조를 갖는 팽창 흑연을 제조하기 위해, 통상 천연 흑연과 같은 흑연이 예를 들어 질산 또는 황산과 같은 층간 삽입물과 혼합되고, 예를 들어 600℃ 내지 1200℃의 상승된 온도에서 열처리된다(DE10003927A1).
팽창 흑연은, 6방정계 탄소층에 대해 수직인 평면에서 천연 흑연에 비해 예를 들어 80배 이상 팽창된 흑연이다. 상기 팽창으로 인해, 팽창 흑연은 뛰어난 성형성(formability) 및 우수한 얽힘성을 특징으로 한다. 팽창된 흑연은 박막(foil) 형태로 사용될 수 있으며, 이 경우 바람직하게 0.7 내지 1.8g/㎤의 밀도를 갖는 박막이 사용된다. 이와 같은 밀도 범위를 갖는 박막은 150W/(m·K) 내지 500W/(m·K)의 열전도율을 갖는다. 열전도율은 옹스트롬법(Angstrom's Method of Measuring Thermal Conductivity"; Amy L. Lytle; Physics Department, The College of Wooster, Theses)을 사용하여 결정된다.
상변화 물질이란 본 발명의 범주에서 열이 공급되거나 방출될 때 상전이되는 물질을 의미한다. 이는 예를 들어 고체상으로부터 액체상으로의 전이 또는 그 반대로의 전이일 수 있다. 열 공급 시 또는 PCM으로부터의 열 방출 시, 상전이점에 도달하면 물질이 완전히 변환될 때까지 온도가 일정하게 유지된다. 상전이 시, 물질 내에서 온도 변화를 야기하지 않으면서 공급되거나 방출되는 열을 잠열이라고 한다.
바람직하게, PCM은 당 알코올, 파라핀, 왁스, 염수화물, 지방산으로 이루어진 군으로부터, 특히 파라핀, 염수화물 및 왁스로 이루어진 군으로부터 선택된다. 당 알코올로서는 예를 들어 펜타에리트리톨, 트리메틸올레탄, 에리트리톨, 자일리톨, 만니톨, 네오펜틸글리콜 및 이들의 임의의 모든 혼합물이 사용될 수 있다. 파라핀으로서는, 일반 화학식 CnH2n +2를 갖는 포화 탄화수소가 사용될 수 있으며, 이 경우 숫자 n은 18과 32 사이의 수일 수 있다. 따라서, 이와 같은 파라핀의 몰질량은 몰당 275 내지 600그램이다. 염수화물로서는 예를 들어 염화칼슘 6수화물, 염화마그네슘 6수화물, 질산리튬 3수화물 및 아세트산나트륨 3수화물이 사용될 수 있다. 지방산으로서는, 예를 들어 카프르산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산 및 이들의 임의의 모든 혼합물이 사용될 수 있다. PCM의 선택은 사용 시 온도 범위에 좌우된다.
바람직하게, PCM은 -20 내지 130℃, 바람직하게는 -10 내지 100℃, 특히 바람직하게는 0 내지 70℃의 용융 범위를 갖는다. -20℃ 미만 및 130℃ 초과의 용융 범위에서의 온도 안정화는, 증가한 복잡성과 중량을 통해서만 상변화 물질에 의해 실현될 수 있다. 게다가 이러한 온도는 거의 발생하지 않으므로, 보유된 물질이 거의 독점적으로 기능 없이 동반된다. 이를 예방하기 위해, -20℃ 내지 130℃의 온도 범위가 선택된다. 적합한 PCM을 선택함으로써 Li 이온 배터리의 온도가 안정화되며, 예를 들어 밤중에 냉각하는 경우 온도가 6℃로 안정화될 수 있다.
저속 냉각 시, PCM의 상전이의 적어도 일부(바람직하게는 전체 상전이)가 20 내지 0℃의 온도 범위에서 수행되는 것이 특히 바람직하다. 이는, 열방산 요소가 열량계 내에서 정의된 온도를 갖는 분위기에 노출되는 동안, 열방산 요소 내의 온도를 측정하여 기록하는 열량 측정 방식으로 확인될 수 있으며, 상기 온도는 (최고 융점을 갖는) PCM의 융점보다 20K 위의 온도로부터 (최저 융점을 갖는) PCM의 융점보다 20K 아래의 온도까지 연속으로 0.1K/min만큼 감소한다. 서모그램(thermogram)에서, (액상에서 고체상으로의) 상전이의 시작과 끝을 용이하게 확인할 수 있다. 상기 온도 범위에서 상전이되는 마이크로캡슐화 상변화 물질(PCM)은, Mikrotek Laboratories Inc.사(Dayton, Ohio 43459 소재)로부터 입수 가능하며, MPCM 6 및 MPCM 18이라는 명칭으로 공급된다. 이와 같은 PCM의 도움으로, 주차된 차량의 배터리의 추가 냉각은 밤이 끝날 즈음 이른 아침에 특히 효율적으로 지연된다. 이 경우, PCM은 겨울철 여러 날 아침에 정확하게 에너지를 공급하는데, 그렇지 않으면 상기 에너지는 시동 전에 가열 소자를 이용한 능동적인 열 공급을 통해 Li 이온 배터리에 공급될 수밖에 없을 것이다.
이로써, 정차 상태에서는 배터리가 그다지 강하게 냉각되지 않는다는 장점이 얻어지며, 이 장점은 다시, Li 이온 배터리의 용량이 더 높은 레벨을 유지하고, 더 많은 에너지가 예를 들어 탑승자 공간을 데우는 데 이용될 수 있게 한다. 더 나아가, 상변화 물질의 사용에 의해 더 높은 온도에서 유지되는 배터리는 더 빨리 충전될 수 있다. 궁극적으로 본 발명에 의해, 외부로부터 추가 에너지를 공급할 필요 없이, 연중 아침에 특히 높은 수준의 차량 주행 안락감 및 충전 편의성 그리고 높은 도달 거리를 갖는 차량의 시동 상태가 달성된다.
전형적인 겨울날에는, 낮 동안 차량을 운행하지 않더라도 오로지 일광 노출만으로 PCM의 적어도 부분 용융이 일어남으로써, PCM이 다음날 밤에 다시 열 버퍼로서 기능할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 매우 바람직한 사용은, 자동차 또는 화물차 또는 페델렉이 예컨대 -5℃ 내지 5℃의 범위 내 온도로 강하게 냉각된 경우, Li 이온 배터리의 예열을 위해 필요한 에너지의 감소를 유도한다.
마이크로캡슐화 상변화 물질(PCM)은, 상이한 용융 범위 또는 응고 범위를 갖는 복수의 PCM을 포함할 수 있다. 액체로부터 고체로의 상전이(응고)는, 각각 상이한 온도에서 PCM을 천천히 냉각하는 동안 이루어진다. 이어서 바람직하게는 2회 이상의 상전이 중에서 각각 적어도 일부가 전술한 20 내지 0℃의 온도 범위 내에서 이루어진다. 특히 바람직하게는, 2회 이상의 상전이가 전부 20 내지 0℃의 온도 범위 내에서 이루어진다. 바람직하게, PCM이 응고되기 시작하는 온도는 더 낮은 온도에서 응고되는 또 다른 PCM이 완전히 응고되는 온도보다 적어도 8K 더 높다. 이러한 점도 역시 서모그램을 통해 용이하게 판독 가능하다.
상이한 PCM들은, 예컨대 이들이 상이한 마이크로캡슐 내에 존재함으로써, 바람직하게 공간적으로 상호 분리된다.
모든 PCM이 마이크로캡슐화되지 않을 수도 있다.
상이한 용융 범위를 갖는 PCM을 포함하는 실시예들은, 상이한 주변 온도들의 대역폭이 더 클 때 차량 시동 상태의 원하는 개선을 달성한다. 이는, 겨울밤에 도달하는 최저 온도가 밤마다 심하게 변동할 수 있기 때문에 바람직하다.
본 발명에 따르면, 마이크로캡슐화 PCM은 5㎜ 이하, 바람직하게는 1㎜ 이하, 특히 바람직하게는 100㎛ 이하의 크기를 갖는다.
입자 크기가 5㎜를 초과하면, 캡슐 자체 내로의 열 도입이 상당히 감소하게 되고, PCM은 캡슐 내부에서 너무 느리게 용융된다. 이는, 전체 열용량이 이용될 수 없는 경우가 많음을 의미한다. 캡슐이 지나치게 작아지면 PCM과 비활성 캡슐 껍질(capsule shell)의 비율이 불리해져서, 역시 열용량에 부정적인 영향을 미친다.
바람직하게, 하나 이상의 열방산 요소가 흑연 및 마이크로캡슐화 PCM을 포함하는 플레이트 또는 박막으로서 형성되거나; 흑연 및 마이크로캡슐화 PCM을 포함하는 플레이트 또는 박막으로서 형성되되, 상기 플레이트 또는 박막 상에 마이크로캡슐화 PCM을 포함하는 하나 이상의 층이 제공된다.
바람직하게, 하나 이상의 열방산 요소는 흑연 박막 또는 흑연 플레이트로서 형성되고, 마이크로캡슐화 PCM을 함유한 하나 이상의 제공된 층을 포함한다.
열방산 요소의 다양한 실시예들은 Li 이온 배터리의 온도 조절을 위해 임의의 조합으로 사용될 수 있다.
바람직하게, 흑연, 마이크로캡슐화 PCM 및 추가로 결합제를 포함하는 플레이트 또는 박막 내에서 마이크로캡슐화 PCM의 비율은 10중량% 내지 98중량%, 바람직하게는 20중량% 내지 80중량%, 특히 바람직하게는 45중량% 내지 70중량%이다.
마이크로캡슐화 PCM의 비율이 10중량% 미만인 경우에는, 상변화에 의해 Li 이온 배터리의 온도가 안정화에 도달한다 하더라도 그 정도가 그리 높지 않다. 98중량%를 초과하는 경우, 열방산 요소 내에서의 흑연 비율에 의해 얻어지는 열전도율의 효과는 매우 작다.
본 발명에 따르면, 흑연, 마이크로캡슐화 PCM 및 추가로 결합제를 포함하는 플레이트에서의 결합제의 비율은 2 내지 30중량%, 바람직하게는 5 내지 20중량%이다. 이 결합제 비율에 의해 복합 재료의 강도가 상승할 수 있고, 열용량에는 약간의 영향만 미친다. 바람직한 경우, 열용량은 10%만큼만 감소한다.
본 발명에 따르면, 결합제는 에폭시 수지[예: Araldite 2000 (2014)], 페놀 수지, 실리콘 수지, 아크릴레이트 수지, 고무(예: Litex SX1014) 또는 열가소성 플라스틱으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
바람직하게, 마이크로캡슐화 PCM과; 추가로, 흑연 및 마이크로캡슐화 PCM을 포함하는 플레이트 또는 박막 상에 제공된 결합제;를 포함하는 층의 마이크로캡슐화 PCM의 비율은 10 내지 98중량%, 바람직하게는 15 내지 95중량%, 특히 바람직하게는 30 내지 88중량%이다.
바람직하게, 마이크로캡슐화 PCM과; 추가로, 흑연 박막 또는 흑연 플레이트 상에 제공된 결합제;를 포함하는 층의 마이크로캡슐화 PCM의 비율은 10중량% 내지 98중량%이다.
층 내 마이크로캡슐화 PCM의 비율이 10중량% 미만인 경우에는, 상변화에 의해 Li 이온 배터리의 온도가 안정화에 도달한다 하더라도 그 정도가 그리 높지 않다. 층 내 마이크로캡슐화 PCM의 비율이 98중량%를 초과하는 경우에는 층의 안정성이 보장될 수 없다.
바람직하게, 마이크로캡슐화 PCM과; 추가로, 흑연 및 마이크로캡슐화 PCM을 포함하는 플레이트 또는 박막 상에 제공된 결합제;를 포함하는 층의 결합제의 비율은 1 내지 40중량%, 바람직하게는 2 내지 30중량%, 특히 바람직하게는 5 내지 20중량%이다.
바람직하게, 마이크로캡슐화 PCM과; 추가로, 흑연 박막 또는 흑연 플레이트 상에 제공된 결합제;를 포함하는 층의 결합제의 비율은 1 내지 40중량%, 바람직하게는 2 내지 30중량%, 특히 바람직하게는 5 내지 20중량%이다.
결합제의 비율이 1중량% 미만인 경우, 충분한 강도를 달성하기에는 상기 결합제 비율이 더 이상 불충분하고, 40중량% 초과의 결합제의 경우에는 결합제의 비율이 지나치게 높음으로써, 마이크로캡슐화 PCM에 기인하여 층의 열용량에 부정적인 영향이 미치게 된다.
플레이트, 박막 또는 층은 이들의 열거된 구성 성분 외에도 분산 보조제를 더 함유할 수 있으며, 이 경우 비율은 0 내지 5중량%이다. 분산 보조제로서는 예를 들어 폴리비닐피롤리돈(PVP)이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 층 특성을 달성하기 위하여, 층 성분들의 모든 조합이 선택될 수 있다. 결합제 비율이 단단하고 콤팩트한 층을 보장하는 반면, 원하는 높은 용융 엔탈피에서는 상응하게 높은 비율의 마이크로캡슐화 PCM이 선택되어야 한다.
용례 및 요건 프로파일에 따라, 플레이트 또는 박막 또는 층을 제조할 때 열전도율이 높은 또 다른 첨가제가 혼합되어야 할 수 있다. 이와 같은 전도성 첨가제는 예를 들어 탄소 나노튜브(CNT), 그래핀, 그래핀옥사이드 또는 6방정계 질화붕소로 구성될 수 있다.
플레이트, 박막, 흑연 플레이트 또는 흑연 박막 상에 제공된 층은 플레이트, 박막, 흑연 플레이트 또는 흑연 박막의 하나의 면에 제공될 수 있을 뿐만 아니라 여러 면에도 제공될 수 있다.
바람직하게, 마이크로캡슐화 PCM을 포함하는 하나 이상의 층은 5㎜ 미만, 바람직하게는 1 내지 3㎜, 특히 바람직하게는 100 내지 500㎛의 두께를 갖는다. 층의 두께가 5㎜보다 큰 경우, 층 두께에 의해 복합체의 유연성에 상당히 부정적인 영향이 미친다. 게다가 캐리어 기판상에서 코팅의 접착 문제도 발생한다.
본 발명에 따라, 박막 또는 흑연 박막은 10㎛ 내지 1㎜, 바람직하게는 25 내지 500㎛, 특히 바람직하게는 25 내지 100㎛의 두께를 갖는다. 10㎛ 미만의 경우, 흑연 박막에 기인하는, 눈에 띄는 효과가 더 이상 나타나지 않는다.
바람직하게, 플레이트 또는 흑연 플레이트는 1㎜ 초과 5㎜ 이하의, 바람직하게는 2㎜ 내지 4㎜의, 특히 바람직하게는 2㎜ 내지 3㎜의 두께를 갖는다. 5㎜보다 큰 경우에는 본 발명에 따른 효과가 달성되지 않는다.
본 발명에 따라, 하나 이상의 열방산 요소의 열전도율은 150W/(m·K)보다 높다.
본 발명의 또 다른 대상은, 흑연 및 마이크로캡슐화 PCM을 포함하는 열방산 요소이며, 이 경우 열방산 요소는 플레이트 또는 박막으로서 형성되고, 상기 플레이트 또는 박막 상에 마이크로캡슐화 PCM을 포함하는 하나 이상의 층이 제공된다.
이하에서는 바람직한 실시예들 및 첨부된 도면들을 참조하여 오직 예시적으로만 본 발명을 기술한다. 본 발명은 도면들에 의해 한정되지 않는다.
도 1은 열방산 요소의 횡단면도이다.
도 2는 열방산 요소의 횡단면도이다.
도 3은 열방산 요소의 횡단면도이다.
도 1은, 흑연 박막(1); 및 이 흑연 박막 상에 제공된, 결합제(2)를 포함하는 마이크로캡슐화 PCM(3)으로 이루어진 층;으로 형성된 열방산 요소를 보여준다.
도 2는, 흑연(4), 마이크로캡슐화 PCM(3) 및 결합제(2)로 이루어진 플레이트로서의 열방산 요소를 보여준다.
도 3은, 흑연(4), 마이크로캡슐화 PCM(3) 및 결합제(2)로 이루어진 플레이트와; 이 플레이트 상에 제공된, 마이크로캡슐화 PCM(3) 및 결합제(2)로 이루어진 층;으로서의 열방산 요소를 보여준다.
이하에서, 본 발명은 실시예들을 참조해서 설명되며, 이 경우 실시예들은 본 발명을 한정하지 않는다.
실시예 1:
150㎛의 두께 및 1.3g/㎤의 밀도를 갖는 (SGL Carbon GmbH에서 상업적으로 입수 가능한) 흑연 박막의 한 면을, 마이크로캡슐화 PCM(Micronal 28, BASF), 고무 결합제 및 분산 보조제로 이루어진 혼합물로 코팅한다.
혼합물의 조성은 24.5g의 물, 1.5g의 Litex SX 1014, 10.4g의 마이크로캡슐화 PCM(Micronal 28, BASF) 및 0.1g의 폴리비닐피롤리돈(PVP)이다.
혼합물을 초음파 수조 내에서 분산시키고, 블레이드 높이가 500㎛인 닥터 블레이드를 이용하여 코팅 시스템상에 도포한다. 건조시킨 후의 결과물은 흑연 박막 상에 도포된 200㎛의 박층이다.
실시예 2:
150㎛의 두께 및 1.3g/㎤의 밀도를 갖는 (SGL Carbon GmbH에서 상업적으로 입수 가능한) 흑연 박막의 양면을, 마이크로캡슐화 PCM(Micronal 28, BASF), 5㎛의 미립 흑연 분말, 고무 결합제 및 분산 보조제로 이루어진 혼합물로 코팅한다.
혼합물의 조성은 31.5g의 물, 2g의 Litex SX 1014, 20g의 흑연 분말, 10.4g의 마이크로캡슐화 PCM(Micronal 28, BASF) 및 0.1g의 폴리비닐피롤리돈(PVP)이다.
이 혼합물을 초음파 수조 내에서 분산시키고, 55℃에서 블레이드 높이가 600㎛인 닥터 블레이드를 이용하여 코팅 시스템상에 도포한다. 건조시킨 후의 결과물은 흑연 박막 상에 도포된 400㎛의 박층이다.
실시예 3:
열방산 요소로서 적용하기 위한 마이크로캡슐화 PCM(Micronal 28, BASF)을 함유한 플레이트. 이 플레이트의 조성은 다음과 같다: 135g의 흑연 분말(50㎛), 67.5g의 흑연 분말(150㎛), 810g의 마이크로캡슐화 PCM(Micronal 28, BASF), 결합제로서의 337.5g의 Elastosil M4642A 및 경화제로서의 Elastosil M4642B.
각각의 혼합 성분들을 Eirich 믹서 내에서 연속으로 첨가하고, 총 10분 동안 혼합한다.
이어서 상기 원료 혼합물을 프레스 내에서 5㎜ 두께의 플레이트로 압축한다.
실시예 4:
열방산 요소로서 적용하기 위한 마이크로캡슐화 PCM(Micronal 28, BASF)을 함유한 플레이트. 이 플레이트의 조성은 다음과 같다: 135g의 흑연 분말(50㎛), 67.5g의 흑연 분말(150㎛), 810g의 마이크로캡슐화 PCM(Micronal 28, BASF) 및 결합제로서의 337.5g의 Elastosil M4642A 및 경화제로서의 Elastosil M4642B.
각각의 혼합 성분들을 Eirich 믹서 내에서 연속으로 첨가하고, 총 10분 동안 혼합한 다음, 5㎜ 두께의 플레이트로 압축한다.
이어서, 마이크로캡슐화 PCM(Micronal 28, BASF), 고무 결합제 및 분산 보조제로 이루어진 혼합물로 상기 플레이트의 한 면을 코팅한다.
혼합물의 조성은 24.5g의 물, 1.5g의 Litex SX 1014, 10.4g의 마이크로캡슐화 PCM(Micronal 28, BASF) 및 0.1g의 폴리비닐피롤리돈(PVP)이다.
이 혼합물을 초음파 수조 내에서 분산시키고, 블레이드 높이가 500㎛인 닥터 블레이드를 이용하여 코팅 시스템상에 도포한다. 건조시킨 후의 결과물은 200㎛의 박층이다.
1: 흑연 박막
2: 결합제
3: 마이크로캡슐화 PCM
4: 흑연
5: 열방산 요소

Claims (15)

  1. 자동차 또는 화물차 또는 페델렉 내의 Li 이온 배터리의 온도 조절에 사용되는, 흑연 및 마이크로캡슐화 상변화 물질(PCM)을 포함하는 하나 이상의 열방산 요소의 용도.
  2. 제1항에 있어서, 흑연은 천연 흑연, 합성 흑연, 팽창 흑연(expanded graphite) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 하나 이상의 열방산 요소의 용도.
  3. 제1항에 있어서, PCM은 당 알코올, 파라핀, 왁스, 염수화물, 지방산 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 하나 이상의 열방산 요소의 용도.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 마이크로캡슐화 PCM은 -20 내지 130℃의 용융 범위를 갖는 것을 특징으로 하는, 하나 이상의 열방산 요소의 용도.
  5. 제4항에 있어서, 마이크로캡슐화 PCM은 5㎜ 이하의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는, 하나 이상의 열방산 요소의 용도.
  6. 제1항에 있어서, 하나 이상의 열방산 요소가 플레이트 또는 박막으로서 형성되거나; 하나 이상의 열방산 요소가 플레이트 또는 박막으로서 형성되되, 상기 플레이트 또는 박막 상에 마이크로캡슐화 PCM을 포함하는 하나 이상의 층이 제공되는 것을 특징으로 하는, 하나 이상의 열방산 요소의 용도.
  7. 제1항에 있어서, 하나 이상의 열방산 요소가 흑연 박막 또는 흑연 플레이트로서 형성되고, 마이크로캡슐화 PCM을 함유한 하나 이상의 제공된 층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 하나 이상의 열방산 요소의 용도.
  8. 제6항에 있어서, 마이크로캡슐화 PCM과; 추가로, 흑연 및 마이크로캡슐화 PCM을 포함하는 플레이트 또는 박막 상에 제공된 결합제;를 포함하는 층의 마이크로캡슐화 PCM의 비율이 10중량% 내지 98중량%인 것을 특징으로 하는, 하나 이상의 열방산 요소의 용도.
  9. 제7항에 있어서, 마이크로캡슐화 PCM과; 추가로, 흑연 박막 또는 흑연 플레이트 상에 제공된 결합제를 포함하는 층의 마이크로캡슐화 PCM의 비율이 10중량% 내지 98중량%인 것을 특징으로 하는, 하나 이상의 열방산 요소의 용도.
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서, 마이크로캡슐화 PCM을 포함하는 하나 이상의 층의 두께가 5㎜ 미만인 것을 특징으로 하는, 하나 이상의 열방산 요소의 용도.
  11. 제6항 또는 제7항에 있어서, 마이크로캡슐화 PCM을 포함하는 플레이트 또는 흑연 플레이트가 1㎜ 초과 5㎜ 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 하나 이상의 열방산 요소의 용도.
  12. 제6항 또는 제7항에 있어서, 박막 또는 흑연 박막이 10㎛ 내지 1㎜의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 하나 이상의 열방산 요소의 용도.
  13. 제1항에 있어서, 열전도율이 150W/(m·K)보다 높은 것을 특징으로 하는, 하나 이상의 열방산 요소의 용도.
  14. 제1항에 따라 사용하기 위한 열방산 요소에 있어서,
    열방산 요소가 흑연 및 마이크로캡슐화 PCM을 포함하며, 열방산 요소는 플레이트 또는 박막으로서 형성되고, 상기 플레이트 또는 박막 상에 마이크로캡슐화 PCM을 포함하는 하나 이상의 층이 제공되는 것을 특징으로 하는, 열방산 요소.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 용도 또는 제14항에 따른 열방산 요소로서, 저속 냉각 시 PCM의 상전이의 적어도 일부가 20 내지 0℃의 온도 범위에서 수행되는, 하나 이상의 열방산 요소의 용도 또는 열방산 요소.
KR1020207010023A 2017-09-12 2018-09-12 열방산 요소 KR20200052337A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017216105.1 2017-09-12
DE102017216105.1A DE102017216105A1 (de) 2017-09-12 2017-09-12 Wärmeableitelement
PCT/EP2018/074600 WO2019053059A1 (de) 2017-09-12 2018-09-12 Waermeableitelement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200052337A true KR20200052337A (ko) 2020-05-14

Family

ID=63683843

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207010023A KR20200052337A (ko) 2017-09-12 2018-09-12 열방산 요소

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20200212522A1 (ko)
EP (1) EP3681969A1 (ko)
JP (1) JP7034268B2 (ko)
KR (1) KR20200052337A (ko)
DE (1) DE102017216105A1 (ko)
WO (1) WO2019053059A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210175402A1 (en) * 2019-12-10 2021-06-10 Tintoria Piana, US Inc. Thermoelectric Device with Flexible Heatsink
DE102021134531A1 (de) 2021-12-23 2023-06-29 Audi Aktiengesellschaft Wärmeleitmatte für einen Energiespeicher, Energiespeicher und Verfahren zum Herstellen zumindest eines Teils eines Energiespeichers
CN114963655A (zh) * 2022-06-13 2022-08-30 武汉理工大学 低热惯性的锂电池冷却液存储系统
CN115036507A (zh) * 2022-06-14 2022-09-09 北京新能源汽车股份有限公司 负极补锂极片及其制备方法与应用

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06293099A (ja) * 1993-04-08 1994-10-21 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd 断熱パッド材およびその製造方法
DE10003927A1 (de) 2000-01-29 2001-08-02 Sgl Technik Gmbh Verfahren zum Herstellen von expandierbaren Graphiteinlagerungsverbindungen unter Verwendung von Phosphorsäuren
US8273474B2 (en) * 2000-02-29 2012-09-25 Illinois Institute Of Technology Battery system thermal management
EP1354353B1 (en) * 2001-01-22 2007-05-30 Parker Hannifin Corporation Clean release, phase change thermal interface
DE102011081149A1 (de) * 2011-08-17 2013-02-21 Sgl Carbon Se Wärmeableiter und elektrischer Energiespeicher
DE102012202748A1 (de) * 2012-02-22 2013-08-22 Sgl Carbon Se Verfahren zur Herstellung einer Graphitfolie
DE102012203924A1 (de) * 2012-03-13 2013-09-19 Sgl Carbon Se Graphit und Phasenwechselmaterial enthaltende formbare Masse und Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus der Masse
JP6063819B2 (ja) * 2013-05-29 2017-01-18 株式会社イノアックコーポレーション 断熱カバーおよびその製造方法
WO2015095271A1 (en) * 2013-12-17 2015-06-25 All Cell Technologies, Llc Flexible phase change material composite for thermal management systems

Also Published As

Publication number Publication date
JP7034268B2 (ja) 2022-03-11
JP2020535241A (ja) 2020-12-03
WO2019053059A1 (de) 2019-03-21
EP3681969A1 (de) 2020-07-22
US20200212522A1 (en) 2020-07-02
DE102017216105A1 (de) 2019-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20200212522A1 (en) Heat dissipating element
Li et al. Properties enhancement of phase-change materials via silica and Al honeycomb panels for the thermal management of LiFeO4 batteries
DE102012205451B4 (de) Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug mit mikroverkapselten Phasenänderungsmaterialien für verbesserte Wärmeaustauscheigenschaften
US7704405B2 (en) Material mixtures for heat storage systems and production method
KR101875960B1 (ko) 고방열 열제어 복합재 및 그 제조방법
CN105492566A (zh) 蓄热单元、其组合物及其制备和使用方法
DE10157671A1 (de) Optimierter Einsatz von PCM in Kühlvorrichtungen
US20080230203A1 (en) Latent Heat Storage Material and Process for Manufacture of the Latent Heat Storage Material
KR20140013920A (ko) 실리콘 탄성 중합체 및 상 변화 물질을 기반으로 하는 고무 조성물 및 이의 제조공정, 이를 포함하는 유연 요소 및 제어/조절 시스템
EP1162659A2 (de) Einsatz von PCM in Kühlern für elektronische Bauteile
EP2745348B1 (de) Wärmeableiter und elektrischer energiespeicher
US20030017101A1 (en) Pitch-based carbon foam heat sink with phase change material
WO2011072988A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum temperieren von fahrzeugen
JP2002530615A (ja) 相変化物質を有するピッチ基カーボンフォーム吸熱器
DE10114998A1 (de) Einsatz von PCM in Kühlern für elektronische Batterie
Song et al. High-performance thermal energy storage and thermal management via starch-derived porous ceramics-based phase change devices
JP2009140786A (ja) 車載用組電池
DE10018938A1 (de) Speichermedien für Latentwärmespeicher
US10093842B2 (en) Moldable mass containing graphite and phase change material, process for producing a molding from the mass, and production methods of using the molding
Huang et al. Modification on hydrated salt‐based phase change composites with carbon fillers for electronic thermal management
CN111082185A (zh) 复合二元相变材料及其在电池热管理系统中的应用
EP2857477A1 (en) Paraffin-based latent heat storing material composition and use thereof
CN109825255A (zh) 泡沫铝基复合相变材料及其制备方法、冷却隔板以及电动汽车电池箱
DE102016013415A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines formstabilen, auslaufsicheren Phase Change Material System (PCM - S)
Aftab et al. The application of carbon materials in latent heat thermal energy storage (LHTES)

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application