电力运输技术的大规模采用需要电能存储和牵引驱动系统，可提高性能，扩展范围和快速充电选项。电动车辆（EV）电池组的不断增加的功率密度需要先进的热界面材料（TIMS），以提供电池和电力电子的卓越热管理。亚博网站下载最先进的时间在保持现代EVS的安全操作和一致性方面发挥着至关重要的作用。
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随着EV市场迅速扩大，汽车行业正在经历其历史上最深刻的变化之一。提高可靠性，距离和充电速度，以及具有吸引力的所有权成本，越来越将消费者对电池供电和混合动力（结合电气和内燃机）EVS的影响。
快速增长的市场
随着消费者的需求，汽车行业必须满足政府制定的越来越严格的燃油经济性和排放目标。这些要求的重要性变得越来越重要，因为全球轻型车辆的数量预计到2045年将增加近一倍。因此，到2031年，电动汽车产量预计将达到全球轻型汽车产量的50%。
在目前的电子流动性革命的核心中，延长了高效的能量存储技术，特别是锂离子电池（LIBS）的开发，使汽车制造商能够应对良好，高效和可持续车辆的社会需求。自1991年由索尼作为阴极和石墨作为阴极和石墨组成的电池单元，由于其高能量密度，长循环寿命和快速充电和放电，Lib技术已经征服了能量存储市场与其他可充电电池系统（铅酸，Ni-CD，Ni-金属氢化物）相比。
电池开发基于电子移动扩展
现代商业上可用的图书馆可以提供大约250-270 Whkg－1(每公斤瓦时)。就在十年前，最先进的lib的能量密度约为110 Whkg－1（与铅酸和Ni-金属氢化物电池相当）。电池制造商预计Libs的能源密度高达450 Whkg－1到2030年，提供更紧凑、更轻量的能源存储解决方案。
与此同时，电池成本从目前的1000美元/千瓦时降至150美元/千瓦时，预计未来10年将降至90美元/千瓦时以下。
用于安全可靠的EVS的高效热管理
现代EV推进系统（包括电池组，电源转换器和电动机）中的能量密度越来越高的是对各个组件的热管理的特殊要求。特别地，LIBS的性能，耐用性和安全性强烈地依赖于其工作温度，其理想情况下需要在15-35°C的范围内，并且不应超过80°C。
为了确保安全运行和延长电池寿命，电动汽车制造商开发了各种各样的电池设计(包括圆柱形、袋状或棱形单体电池)和热管理系统(采用空气或液体外部冷却)。这些系统能有效地散热电池正常工作时产生的热量(由于放电和充电电流)，减少电池组内各单体电池之间不均匀的温度分布，并在外部温度过低时向电池提供热量。
TIMs在电动汽车生产中的好处
无论电动动力系设计如何，TIM都是EVS热管理系统的必要组件。这些材料被放亚博网站下载置在发热电气和电子元件之间，并且散热器将热量渗透到环境中。TIMS的主要目的是改善热和冷表面之间的热接触，并最大化传热。
然而，通常，TIMS还执行额外的功能（电绝缘或屏蔽，提供电池组的结构完整性等）并且需要组合冲突的属性。
目前，最广泛使用的时间是由两个或更多个组分组成的复合材料 - 有机基质（糊状或液体聚合物），其互补，例亚博网站下载如氧化铝，氮化铝，石墨或金属颗粒。yabo214
有机基质的导热率约为0.1-0.5毫米-1K.-1(瓦特每米开尔文)，而填料材料表现出更高的导热系数，范围在30-100 Wm亚博网站下载-1K.-1。
所得复合矩阵的导热率是导热率和基质和填充材料的体积分数的函数，并且在1-5瓦的范围内亚博网站下载-1K.-1(相比之下，空气的导热系数约为0.02 Wm-1K.-1）。这种类型的摩擦结合了聚合物的优点，例如低重量，有效的加工性和耐腐蚀性，与无机填料提供的导热率。
满足未来的需求
为了满足未来电力推进系统的需求，材料科学家们正致力于开发具有极低热阻(或高热导率)的新型耐用轻质材料，以及降低现有(和新开发的)TIMs的制造和加工成本。亚博网站下载
金属泡沫、相变材料和碳纳米管(CNT)基材料在热管理亚博网站下载应用中显示出特殊的前景。
最近，中国清华大学与美国格鲁吉亚理工学院之间的研究合作开发出一种低成本和高性能的软多孔铜铟泡沫状结构，其具有50瓦的卓越导热率-1K.-1与传统的TIMs相比，重量减轻，耐久性提高，抗振动和热应力性能优异。
将经历固-液相转变的蜡状相变材料(PCM)用作TIMs，是电池制造企业关注的另一个亚博网站下载课题。相变TIM的相变温度在电池组的最佳温度范围内，可以实现半被动热管理系统(因为相变TIM可以在加热/冷却时可逆地吸收/释放大量热量)，这需要一个不太复杂的外部冷却系统。
空间验证的热管理解决方案
将PCM与碳基材料的独特性能结合在本质上是高度导热的碳基材料，例如垂直对齐的CNT，碳纤维或石墨烯，表现出下一代TI亚博网站下载M的巨大潜力。
KULR科技集团基于San Diego USA，已经开发并商业化了一系列柔性，超轻便的高性能纤维热界面材料（FTIM），其导热率超过10瓦米亚博网站下载-1K.-1。PCM注入的碳纤维材料在小的温度范围内具有大的热容量和出色的机械性能。
Kulr的FTIM在美国宇航局坚持不懈的流动站的热管理系统中使用，目前在火星上经营（在目前的一些最恶劣的环境中运营的EV）。该公司的工程师与EV和电池制造商合作，已经探索了降低制造成本的方法，并使FTIM技术与大量批量生产相容，旨在提供市场上最先进的时间。
参考和进一步阅读
j . Van Mierloet al。(2021)超越电动汽车的艺术状态:基于事实的论文，当前和未来的电动汽车技术。世界电动车记12（1），20.可提供：https://doi.org/10.3390/wevj12010020
我哈伊特，et al。（2021）电动驱动技术趋势，挑战和未来电动车辆的机会。IEEE论文集109(6), 1039 - 1059。可用AT.https：//doi.org/10.1109/jproc.2020.3046112
p .刘et al。(2021)层流金属泡沫:一种用于半导体封装的软的、高导热的热界面材料，具有可靠的接头。ACS应用材料与接口亚博网站下载13（13），15791-15801。可用于：https://doi.org/10.1021/acsami.0c22434
KULR技术(2020)KULR的热结构包含在即将到来的“毅力”火星探测器中。[在线的]www.globenewswire.com.可用于：https://www.globenewswire.com/news-release/2020/06/04/2043744/0/en/KULR-s-Thermal-Architecture-Included-In-Upcoming-Mars-Perseverance-Rover.html（于2021年6月23日访问）。
KULR技术（2020）KULR技术集团宣布推出美国宇航局级碳纤维冷却技术的供应商合作，为德拉科电机电动超级跑车。[在线的]www.kulrtechnology.com.可用AT.https://kulrtechnology.com/kulr-announces-supplier-partnership-of-nasa-grade-carbon-fiber-cooling-technology-for-drako-motors-electric-supercar.（于2021年6月23日访问）。
J. Khan，et al。（2020）关于电子设备的高级碳基热界面材料综述。亚博网站下载碳，168,65-112。可用于：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.06.012
m - a。Raux,et al。（2020）制造各向异性热界面材料的创新方法。亚博网站下载第19届IEEE电子系统热和热力学现象学会会议（itherm），pp.970-974，可提供：https://doi.org/10.1109/ITherm45881.2020.9190254
G. xia，et al。（2017）电动汽车应用中电池热管理综述。电源杂志，367,90-105。可用于：https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2017.09.046
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