“雙碳”目標驅動下，以傳統(tǒng)化石能源作為動力來源的民航亟需向綠色發(fā)展轉型。同期，國際航空業(yè)正在進行航空電動化布局。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院民航安全工程學院副教授智茂永聚焦鋰電池熱管理系統(tǒng)，在第二屆“科創(chuàng)會”上拋出“面向航空鋰電池熱管理的相變材料與風冷耦合散熱技術研究”這一亟待攻關的科學技術難題，期待“借智取才”，與相關領域專家、人才共同攻關，實現(xiàn)“彎道超車”。

“鋰電池是航空產(chǎn)業(yè)進行綠色轉型的重要動力源。”智茂永認為，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用于航空領域，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，目前已在多個領域得到應用。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，并在此基礎上為相變材料改性。“通過物理添加或化學改性手段，可以提高相變材料的導熱、阻燃、機械等性能，得到安全性更高的相變復合材料。”

不過，相變材料也存在一定的局限性。在運用于電池熱管理時，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行及時散失。為突破這一技術限制，智茂永想到了風冷技術。“風冷是一種傳統(tǒng)的電池熱管理方式，主要依靠電源驅動風扇帶動空氣在預留的空隙中流動，從而將電池產(chǎn)生的熱量帶走。”智茂永介紹，這種方式結構簡單可靠、商業(yè)化程度高，雖然存在空氣導熱能力差，熱管理效果一般的問題，但如果將相變材料和風冷相耦合，即對相變材料制品進行結構設計，構造出空氣流道，既可以解決單純采用風冷效果差的問題，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)流程設計，智茂永將科研項目分為了四個方面進行攻關，具體為電池產(chǎn)熱機理、相變復合材料制備、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熱管理系統(tǒng)驗證。

“首先我們要探究電池在航空器運行條件下的產(chǎn)熱模型及其內部熱量傳遞規(guī)律，為熱管理系統(tǒng)的實施奠定理論基礎，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冷相耦合的電池熱管理系統(tǒng)，通過計算機輔助設計的方式，對熱管理系統(tǒng)的結構和熱管理策略進行探究。最后，我們將依托航空器防火救援四川省院士工作站、民機火災科學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鍵技術工程研究中心等多個科研平臺，對電池熱管理系統(tǒng)進行在電動飛機上的驗證實驗，繼續(xù)對該系統(tǒng)做進一步的優(yōu)化。”智茂永介紹道。

目前，智茂永團隊已完成了電池產(chǎn)熱模型和傳熱規(guī)律的研究，正在研制相變復合材料。由于項目屬于多學科交叉項目，涉及數(shù)學、物理、化學、材料和計算機等多個領域，加上鋰電池熱管理在航空條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)實際應用仍然存在一定的差距。

為加快研究進程，智茂永團隊在按計劃推進研究工作的同時，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。“省里和市里都有相關的配套政策，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）工作站服務能力提升項目，“面向航空鋰電池熱管理的相變材料與風冷耦合散熱技術研究”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”字當頭，“細”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，促進產(chǎn)學研融合發(fā)展。