美国东北大学郑义教授团队：几何结构如何影响电池散热？- 一篇讲清PCM胶囊设计的文章

本文介绍了美国东北大学郑义教授团队联合NASA格伦研究中心等机构开展的一项电池热管理研究。研究背景是锂电池热管理中温度控制对性能和安全性至关重要，传统风冷在高热流下能力有限，而相变材料（PCM）存在导热差、纳米颗粒易沉降等问题。研究目的是通过“材料与结构协同优化”提升散热性能。方法上，构建了由MicroPCM 28D、石蜡和纳米碳黑组成的复合PCM体系，并利用3D打印设计5种不同几何形状的电池胶囊（椭圆和圆形），在风洞中模拟不同气流速度（0-10 m/s）进行实验。结果表明，复合PCM体系有效抑制了纳米碳黑沉降（通过提高黏度），并将导热系数提升约50%；椭圆结构相比圆形结构，因更流线型而增强了对流换热。在0–10 m/s气流范围内，复合PCM可实现约2–4 ℃的峰值温度降低，高风速下优势更明显。结论是，材料与结构的协同设计能显著改善电池热管理性能，包括降低峰值温度、延长热缓冲时间并提高系统稳定性，该思路可应用于电动汽车电池、储能系统及高功率电子设备热控制。