科创项目 | 相变材料与风冷耦合散热技术或助我国航空绿色发展“弯道超车”

第二届“科创会”会将重点推介5740项科创项目，其中待推广的高新技术2808项、待转化的科技成果2089项、待攻克的科技难题843项。

项目数量多、种类全、涉及领域广，让我们先睹为快，来看看其中的一些亮点项目吧。

“双碳”目标驱动下，以传统化石能源作为动力来源的民航亟需向绿色发展转型。同期，国际航空业正在进行航空电动化布局。在此背景下，发展航空电动化将是我国航空业在国际上实现“弯道超车”的良好契机。

中国民用航空飞行学院民航安全工程学院副教授智茂永聚焦锂电池热管理系统，在第二届“科创会”上抛出“面向航空锂电池热管理的相变材料与风冷耦合散热技术研究”这一亟待攻关的科学技术难题，期待“借智取才”，与相关领域专家、人才共同攻关，实现“弯道超车”。

“锂电池是航空产业进行绿色转型的重要动力源。”智茂永认为，锂电池具有良好的商业化背景，是未来航空电动化发展的重要支撑。然而，在运行过程中，锂电池容易因工作温度不适宜出现性能衰退、发热爆炸等危险。“航空业对于安全性的要求极高，要让锂电池作为动力电池应用于航空领域，必须保证其在飞行过程中安全稳定，并需要在发生故障时提供较长的逃生时间。因此，锂电池的热敏感性质及热安全问题是行业亟需解决的难题。”智茂永说。

为此，智茂永将目光聚焦于锂电池的热管理系统，研究飞行过程中在宽温度宽气压范围下锂电池的运行情况，希望通过相变材料与风冷相耦合的方式，为锂电池在飞行条件下提供良好的工作环境。

相变材料是一种相变储热材料，能在熔化过程中吸收大量热量从而保持温度恒定，目前已在多个领域得到应用。在面对外界温度变化时，基于相变材料的热管理系统可以为锂电池提供稳定的工作温度。相变材料一般分为有机相变材料和无机相变材料，结合锂电池本身易燃易爆的特点，智茂永在研究中舍弃了本身易燃的有机相变材料，选用了无机相变材料，并在此基础上为相变材料改性。“通过物理添加或化学改性手段，可以提高相变材料的导热、阻燃、机械等性能，得到安全性更高的相变复合材料。”

不过，相变材料也存在一定的局限性。在运用于电池热管理时，相变材料完全熔化后就会失去热管理能力，需要对相变材料吸收的热量进行及时散失。为突破这一技术限制，智茂永想到了风冷技术。“风冷是一种传统的电池热管理方式，主要依靠电源驱动风扇带动空气在预留的空隙中流动，从而将电池产生的热量带走。”智茂永介绍，这种方式结构简单可靠、商业化程度高，虽然存在空气导热能力差，热管理效果一般的问题，但如果将相变材料和风冷相耦合，即对相变材料制品进行结构设计，构造出空气流道，既可以解决单纯采用风冷效果差的问题，也可以解决相变材料持续吸热失效的问题。

对于实际的研发流程设计，智茂永将科研项目分为了四个方面进行攻关，具体为电池产热机理、相变复合材料制备、模拟飞行环境下电池模组热管理实验以及电动飞机锂电池热管理系统验证。

“首先我们要探究电池在航空器运行条件下的产热模型及其内部热量传递规律，为热管理系统的实施奠定理论基础，然后是高热焓、阻燃防火、抗机械振动等多功能相变材料的研发。相变材料研发制备成功后，我们还需要研究相变材料和风冷相耦合的电池热管理系统，通过计算机辅助设计的方式，对热管理系统的结构和热管理策略进行探究。最后，我们将依托航空器防火救援四川省院士工作站、民机火灾科学与安全工程四川省重点实验室和四川省全电通航飞行器关键技术工程研究中心等多个科研平台，对电池热管理系统进行在电动飞机上的验证实验，继续对该系统做进一步的优化。”智茂永介绍道。

目前，智茂永团队已完成了电池产热模型和传热规律的研究，正在研制相变复合材料。由于项目属于多学科交叉项目，涉及数学、物理、化学、材料和计算机等多个领域，加上锂电池热管理在航空条件下的研究报道极少，没有可借鉴经验，所以尽管已取得大量研究成果，但距离航空业实际应用仍然存在一定的差距。

为加快研究进程，智茂永团队在按计划推进研究工作的同时，也在积极寻求科研和商业合作，希望共同开展研究，争取取得具有产业价值的科研成果。在此过程中，科协系统的“科服保姆”为其提供了大量服务。“省里和市里都有相关的配套政策，但我们对这些不是很了解，‘科服保姆’主动联系到我们，给我们带来政策扶持，并主动了解我们现阶段需求，帮助我们打通合作渠道，非常感谢。”他说。

目前，智茂永团队已有初步合作意向的企业。在第二届“科创会”上，他期待推广该项目以寻求更多合作的可能。“希望通过多方努力，可以为航空业的发展提供科学理论依据和解决方案。”

据介绍，今年广汉市科协开展了院士（专家）工作站服务能力提升项目，“面向航空锂电池热管理的相变材料与风冷耦合散热技术研究”这一科创项目就是以此契机申报的。广汉市科协的刘雪是该项目的“科服保姆”，她表示接下来将以“勤”字打底，“专”字当头，“细”字为先的精神，继续用活、用好、用精“天府科技云”平台和“科创会”两大招牌，持续帮助科技工作者物色合适的项目合作方，促进产学研融合发展。

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第二届“科创会”会将重点推介5740项科创项目，其中待推广的高新技术2808项、待转化的科技成果2089项、待攻克的科技难题843项。项目数量多、种类全、涉及领域广，让我们先睹为快，来看看其中的一些亮点项目吧。在我们的传统认知中，一种特定的材料往往只具备某种特定的属性。也正因如此，这种材料只能在某一个或少数领域得以应用，不具备更广的通用性。那么，有没有可能研发出一种同时拥有多种属性，且可以应用于多