“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動下，以傳統(tǒng)化石能源作為動力來源的民航亟需向綠色發(fā)展轉(zhuǎn)型。同期，國際航空業(yè)正在進(jìn)行航空電動化布局。在此背景下，發(fā)展航空電動化將是我國航空業(yè)在國際上實現(xiàn)“彎道超車”的良好契機。

中國民用航空飛行學(xué)院民航安全工程學(xué)院副教授智茂永聚焦鋰電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，在第二屆“科創(chuàng)會”上拋出“面向航空鋰電池?zé)峁芾淼南嘧儾牧吓c風(fēng)冷耦合散熱技術(shù)研究”這一亟待攻關(guān)的科學(xué)技術(shù)難題，期待“借智取才”，與相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜?、人才共同攻關(guān)，實現(xiàn)“彎道超車”。

“鋰電池是航空產(chǎn)業(yè)進(jìn)行綠色轉(zhuǎn)型的重要動力源。”智茂永認(rèn)為，鋰電池具有良好的商業(yè)化背景，是未來航空電動化發(fā)展的重要支撐。然而，在運行過程中，鋰電池容易因工作溫度不適宜出現(xiàn)性能衰退、發(fā)熱爆炸等危險。“航空業(yè)對于安全性的要求極高，要讓鋰電池作為動力電池應(yīng)用于航空領(lǐng)域，必須保證其在飛行過程中安全穩(wěn)定，并需要在發(fā)生故障時提供較長的逃生時間。因此，鋰電池的熱敏感性質(zhì)及熱安全問題是行業(yè)亟需解決的難題。”智茂永說。

為此，智茂永將目光聚焦于鋰電池的熱管理系統(tǒng)，研究飛行過程中在寬溫度寬氣壓范圍下鋰電池的運行情況，希望通過相變材料與風(fēng)冷相耦合的方式，為鋰電池在飛行條件下提供良好的工作環(huán)境。

相變材料是一種相變儲熱材料，能在熔化過程中吸收大量熱量從而保持溫度恒定，目前已在多個領(lǐng)域得到應(yīng)用。在面對外界溫度變化時，基于相變材料的熱管理系統(tǒng)可以為鋰電池提供穩(wěn)定的工作溫度。相變材料一般分為有機相變材料和無機相變材料，結(jié)合鋰電池本身易燃易爆的特點，智茂永在研究中舍棄了本身易燃的有機相變材料，選用了無機相變材料，并在此基礎(chǔ)上為相變材料改性。“通過物理添加或化學(xué)改性手段，可以提高相變材料的導(dǎo)熱、阻燃、機械等性能，得到安全性更高的相變復(fù)合材料。”

不過，相變材料也存在一定的局限性。在運用于電池?zé)峁芾頃r，相變材料完全熔化后就會失去熱管理能力，需要對相變材料吸收的熱量進(jìn)行及時散失。為突破這一技術(shù)限制，智茂永想到了風(fēng)冷技術(shù)。“風(fēng)冷是一種傳統(tǒng)的電池?zé)峁芾矸绞剑饕揽侩娫打?qū)動風(fēng)扇帶動空氣在預(yù)留的空隙中流動，從而將電池產(chǎn)生的熱量帶走。”智茂永介紹，這種方式結(jié)構(gòu)簡單可靠、商業(yè)化程度高，雖然存在空氣導(dǎo)熱能力差，熱管理效果一般的問題，但如果將相變材料和風(fēng)冷相耦合，即對相變材料制品進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，構(gòu)造出空氣流道，既可以解決單純采用風(fēng)冷效果差的問題，也可以解決相變材料持續(xù)吸熱失效的問題。

對于實際的研發(fā)流程設(shè)計，智茂永將科研項目分為了四個方面進(jìn)行攻關(guān)，具體為電池產(chǎn)熱機理、相變復(fù)合材料制備、模擬飛行環(huán)境下電池模組熱管理實驗以及電動飛機鋰電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)驗證。

“首先我們要探究電池在航空器運行條件下的產(chǎn)熱模型及其內(nèi)部熱量傳遞規(guī)律，為熱管理系統(tǒng)的實施奠定理論基礎(chǔ)，然后是高熱焓、阻燃防火、抗機械振動等多功能相變材料的研發(fā)。相變材料研發(fā)制備成功后，我們還需要研究相變材料和風(fēng)冷相耦合的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，通過計算機輔助設(shè)計的方式，對熱管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和熱管理策略進(jìn)行探究。最后，我們將依托航空器防火救援四川省院士工作站、民機火災(zāi)科學(xué)與安全工程四川省重點實驗室和四川省全電通航飛行器關(guān)鍵技術(shù)工程研究中心等多個科研平臺，對電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)進(jìn)行在電動飛機上的驗證實驗，繼續(xù)對該系統(tǒng)做進(jìn)一步的優(yōu)化。”智茂永介紹道。

目前，智茂永團(tuán)隊已完成了電池產(chǎn)熱模型和傳熱規(guī)律的研究，正在研制相變復(fù)合材料。由于項目屬于多學(xué)科交叉項目，涉及數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、材料和計算機等多個領(lǐng)域，加上鋰電池?zé)峁芾碓诤娇諚l件下的研究報道極少，沒有可借鑒經(jīng)驗，所以盡管已取得大量研究成果，但距離航空業(yè)實際應(yīng)用仍然存在一定的差距。

為加快研究進(jìn)程，智茂永團(tuán)隊在按計劃推進(jìn)研究工作的同時，也在積極尋求科研和商業(yè)合作，希望共同開展研究，爭取取得具有產(chǎn)業(yè)價值的科研成果。在此過程中，科協(xié)系統(tǒng)的“科服保姆”為其提供了大量服務(wù)。“省里和市里都有相關(guān)的配套政策，但我們對這些不是很了解，‘科服保姆’主動聯(lián)系到我們，給我們帶來政策扶持，并主動了解我們現(xiàn)階段需求，幫助我們打通合作渠道，非常感謝。”他說。

目前，智茂永團(tuán)隊已有初步合作意向的企業(yè)。在第二屆“科創(chuàng)會”上，他期待推廣該項目以尋求更多合作的可能。“希望通過多方努力，可以為航空業(yè)的發(fā)展提供科學(xué)理論依據(jù)和解決方案。”

據(jù)介紹，今年廣漢市科協(xié)開展了院士（專家）工作站服務(wù)能力提升項目，“面向航空鋰電池?zé)峁芾淼南嘧儾牧吓c風(fēng)冷耦合散熱技術(shù)研究”這一科創(chuàng)項目就是以此契機申報的。廣漢市科協(xié)的劉雪是該項目的“科服保姆”，她表示接下來將以“勤”字打底，“專”字當(dāng)頭，“細(xì)”字為先的精神，繼續(xù)用活、用好、用精“天府科技云”平臺和“科創(chuàng)會”兩大招牌，持續(xù)幫助科技工作者物色合適的項目合作方，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研融合發(fā)展。