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鋰離子電池熱管理技術直接關系到儲能系統的安全性和能量效率。隨著電動汽車和大型儲能電站規模化應用，電池熱失控引發的安全事故頻發，對高效熱管理方案的需求日益迫切。當前技術路線存在顯著局限：相變材料雖能通過固液相變吸收大量潛熱，但易發生泄漏且本征熱導率偏低，制約熱量快速傳遞；純氣凝膠材料雖具備優異隔熱性能，卻僅能提供被動式熱防護，缺乏主動熱調節能力。更為關鍵的是，傳統雙層復合材料普遍面臨界面熱阻大、層間結合弱、長期循環穩定性差等問題，難以兼顧吸熱與隔熱雙重功能。如何集成相變儲熱與熱防護功能，并實現層間高效熱傳導與結構穩定，成為電池熱管理領域亟待突破的關鍵科學問題。開發兼具主動熱調控與被動熱防護的新型復合材料，對提升電池系統安全性、延長使用壽命具有重要工程價值。
在這項研究中，研究人員設計并制備了一種具有自源界面連接的Janus型石墨烯氣凝膠復合材料，構建了雙層熱管理系統。該材料創新性地采用各向同性還原石墨烯氣凝膠作為隔熱層，相變復合還原石墨烯氣凝膠作為吸熱層，通過真空浸漬法將聚乙二醇負載于后者，形成PrGA/IrGA復合結構。研究結果顯示，PrGA層熱導率達1.07瓦每米每開爾文，相變材料負載率高達96.8%，焓值達174.6焦每克。1.04微米的超小孔徑結構確保材料歷經100次熱循環后焓值保持率達95.6%，在100攝氏度下加熱40分鐘質量損失僅0.48%，表現出極低的泄漏率。模擬電池熱失控實驗證實，該Janus結構不僅熱絕緣性能優于傳統材料，更能為單體電池提供主動熱調節功能。這種吸熱與隔熱功能集成的設計策略為電池熱管理提供了新思路，相關數據證實了其在實際應用中的可靠性。
該研究成功開發了自連接Janus型石墨烯氣凝膠相變復合材料，通過雙層結構設計實現了主動熱調控與被動熱防護的有機結合。超小孔結構賦予材料高相變材料負載率和優異循環穩定性，自源界面連接技術有效降低了層間熱阻，解決了傳統復合材料界面結合弱的難題。實驗數據證實，該材料在熱導率、儲熱密度、抗泄漏性和循環壽命等方面表現突出，特別是模擬電池熱失控場景下展現出顯著的熱管理優勢。這一成果不僅克服了單一氣凝膠或相變材料的固有缺陷，還為多功能熱管理材料開發提供了可行路徑。該集成設計理念可推廣至其他熱管理領域，對提升儲能系統安全性、延長電池使用壽命具有重要應用價值，為下一代電池熱管理技術發展奠定了材料基礎。
來源：材料研究進展
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