配向構造を持つPNT@SiO2エアロゲル複合相変化材料の調製とその電池熱管理特性
Preparation of PNT@SiO2 Aerogel Composite Phase Change Material with Oriented Structure and Its Thermal Management Characteristics for Battery
電力船、新エネルギートラクター、建設機械などに使用されるパワーバッテリーは、高出力での連続運転により発熱が深刻化し、安全性、寿命、安定性に脅威を与えている。従来の冷却システムでは対応が困難な中、本研究では窒素ドープカーボンナノチューブ@SiO2(PNT@SiO2)を合成し、セルロース系材料を骨格とした配向多孔質エアロゲルを作製した。これにポリエチレングリコール-8000(PEG-8000)を真空含浸法で充填し、複合相変化材料(PSAP)を得た。最適化された複合材料は、純PEGの3.2倍にあたる0.93 W/m·Kの熱伝導率、96%のPEG充填率、158 J/gの相変化エンタルピーを示した。バッテリー熱管理試験では、優れた温度制御と発熱抑制性能が実証され、関連分野のパワーバッテリーに対する高性能かつ実用的な熱管理ソリューションを提供するものである。
- 窒素ドープカーボンナノチューブ@SiO2(PNT@SiO2)を用いた配向多孔質エアロゲル複合相変化材料(PSAP)が開発され、純PEGの3.2倍にあたる0.93 W/m·Kの熱伝導率を達成した
- バッテリー熱管理試験で優れた温度制御と発熱抑制性能が実証された
本研究成果は、高出力パワーバッテリーの熱管理問題に対する実用的なソリューションを提示している点が重要。窒素ドープカーボンナノチューブ@SiO2を活用した複合相変化材料により、従来のPEG比3.2倍の熱伝導率を達成しており、電動船舶・新エネトラクター・建機など過酷な使用環境向けバッテリーの安全性と寿命向上につながる。相変化材料によるパッシブ冷却は部品点数の増加を伴わないため、コスト競争力も期待でき、エネルギー貯蔵・電動モビリティ分野の材料サプライチェーンに影響を与えうる。ただし、現時点ではラボレベルの評価であり、実用化には量産技術や長期耐久性の検証が必要。