«Термовыключатель» из графеновой пены сохраняет батареи в тепле или холоде по запросу

Литий-ионные аккумуляторы рекомендуется использовать только при температуре от 0 до 45 ° C, особенно при зарядке. В любом месте за пределами этого диапазона вы рискуете снизить производительность аккумулятора. Защита компонентов от перегрева — это постоянная борьба, которая влияет на конструкцию электронных устройств, которые сами по себе выделяют много тепла. Но когда внешняя температура падает, было бы полезно сохранить это тепло внутри устройства.

«По мере того, как электронные устройства становятся все меньше и мощнее, регулирование нагрева становится более важной проблемой», — говорит Сюлин Жуань, соавтор нового исследования. «Большинство устройств используют пассивное управление температурой, такое как теплопроводность и конвекция, для отвода избыточного тепла. Но эту систему нельзя настраивать или регулировать, и она совершенно не помогает в холодных условиях».

Теперь исследователи из Университета Пердью разработали способ справиться с обоими проблемами. Ключевым моментом, как это часто бывает, является графен, сверхэффективный материал, состоящий из листов углерода толщиной всего в один атом. Обычно это отличный проводник тепла, но графеновая пена действует как изолятор из-за воздушных карманов внутри. Таким образом, команда ученых использовала эту двойную природу, чтобы создать слой, который переключается между изолятором и проводником.

В тесте, изображенном выше, исследователи поместили образец графеновой пены между нагревателем и радиатором и измерили температуру и тепловой поток, когда пена сжимается или расслабляется. Сначала она имеет толщину 1,2 мм и действует как изолятор, но когда его сжимают до 0,2 мм, она становится в восемь раз более теплопроводной.

«Она действует как резистор в электрической цепи», — говорят исследователи. «Вместо того, чтобы изменять количество протекающего тока, она меняет количество тепла, которое пропускает».

В другом эксперименте ученые смоделировали реальную температуру окружающей среды от 0 до 30 ° C  с графеновой пеной, помещенной поверх источника тепла, имитирующего электронное устройство. Результаты были столь же многообещающими: рабочая температура устройства стабилизировалась во всем диапазоне температур окружающей среды.

Исследователи говорят, что такая система могла бы быть наиболее полезной для личной электроники, такой как телефоны, но, возможно, ее можно было бы расширить до более крупных компонентов, таких как аккумуляторы электромобилей, которые могут быть особенно чувствительны к температуре.