相变器件原理与超薄均热板电池应用介绍
- 小课堂 Part 1
相变器件原理+超薄均热板电池应用介绍
相变器件应用限制+高热流密度均热板应用介绍
均热板成本分析+常规半导体用均热板应用介绍
均热板应用领域和应用方式+多材料均热板介绍
相变热控器件的原理是什么？
怎么理解相变热控器件的原理？
简单来说，举个例子，我们平时用锅烧水，底部用火去烧，会出现沸腾的现象。热起来之后，自然会有水蒸气的产生，如果上面盖了锅盖，掀开之后水蒸气会冒出来。这里面就发生了一个很简单的物理现象——蒸发。水变成水蒸气，也就是从液态水变成了气态水，过程中会发生吸热。
那第二个常见的物理现象，就是我们冬天在冷玻璃上去哈一口气，哈气之后玻璃上会有一层水雾。这样一来，气态水就会变成液态水。它其实是一个放热的过程，我们称之为冷凝。
如果我们把它合二为一，也就是把这么一块很冷的、温度很低的玻璃作为锅盖盖子，我们就会看到，锅里面的水会蒸发成水蒸气，跑到玻璃也就是锅盖上，冷凝变成水。水还是液态水，只是从锅底到了锅盖，而热量呢同样的也从锅底到了锅盖。因为水在锅底吸了热，然后到锅盖上进行了放热。
也就是：我们利用水的空间移动，实现了热量的空间移动。这个过程合起来，我们就称之为相变传热。学术上说法是，由液相变为气相，气相变为液相，所以它叫相变。
那么问题就来了：水烧没了怎么办？这么一锅水，最多一两个小时就会烧干，而我们的器件却能够保持一两年甚至是十年的性能。为什么呢？首先要解决这个问题，第一个是要保证装置密封，不能有任何一点水蒸气跑出去。像我们的器件就算只是破了一个很小很小的孔，那直接就失效了。第二个关键点是，如何让玻璃上的水能够回到锅底？
常见的有两个办法，一个是靠重力，就像我们说的重力热管，就是用依靠重力让水滴回到热的地方。但实际应用中，比如电池，它的热在上面，冷在下面，是个反重力的条件。所以另一个办法就是要达成逆重力。怎么达成？再举个例子，桌上洒水了拿纸巾垂直放着，它会吸水，因为纸里面有很多的孔，能够实现水的一个移动，当然能力有限。那如果我们能找到一种材料，能够把水从一个地方快速移动到另外一个地方，这种材料就我们就称之为吸液芯。
吸液芯包括很多种类型，有一种常用的叫编织带，具体来说有铜丝网烧结、铜粉烧结等。它的作用简单来说就是吸水，实现对水的回流。有了吸液芯，水就能够通过毛细作用吸回热的地方，达成一个气液循环的过程，热量也会不断地从热的地方被带到冷的地方。
所以总结一下：相变器件的作用，就是把温度高地方的热量快速传导至温度低的地方。
畅能达相变器件的热导率多高？
首先要了解，热导率是一个衡量材料导热能力的物理量。我选取了常见的几种材料的热导率，直接通过数据一看就能知道。金属材料一般导热能力很强，比如不锈钢的汤勺和木汤勺一起放到热水里面，过一段时间不锈钢的汤勺就会很烫，但木的汤勺不会烫，因为不锈钢它导热快，木材它导热慢。
而具体来说，铝的热导率是217，铜的热导率是386，碳系材料也就是大家一直听说的石墨烯，它的热导率大概是1,000左右。
而我们的相变热控器件，能达到10000W/m·K以上。虽然我们的器件外壳常用铜，看上去也很像一块普通的铜片，但是热导率却是铜的25倍之多，可以说导热能力是非常强的。
我们VC均热板的其他优势在哪？
我先介绍一下几种常见的相变器件，有普通热管、压扁热管，以及高热流密度均热板等等，今天主要来讲讲超薄均热板。
到底怎么样算超薄呢？官方学术上的定义是两毫米以内的，或者有的地方定义为一毫米以内的均热板，就叫超薄均热板。一毫米的概念就是十张A4纸。像我们做的均热板，能够达到0.5毫米薄，也就是5张A4纸。薄到这种程度，还要实现我们刚刚说的那种相变，可想而知这个技术是多么夸张。
而我们VC均热板的核心优点，除了高热导率，第一个就是超薄，薄就代表它体积小、重量轻，这就能够不占用主体产品多余的体积和重量，几乎不需要考虑这个东西会给你带来多大的增重压力。
第二个，是能够确保绝对均温性。我用电池案例给你们讲解，电池在正常运行过程中，本身的发热量并不大，但非常不均匀。底部有冷板的地方温度较低，散热容易，但上面热量聚集散不出去。所以电池的核心问题不在于它发热量，而在于它从上往下自身的散热能力很差，在某种情况下会有接近15度的温差。用“木桶效应”来说，可能底下低温处能耐用10年，但上面高温处只能用5年，那整块电池就仅仅只有5年寿命。
如果加了我们的VC均热板进去，实测数据显示，整个电池从上到下所有地方的温差会降到2度以内，那么可能电池每一处的寿命大概都在8年，整体来看寿命就延长了非常多。所以均温就是均热板的核心作用，让温度均匀化，把温差控制在最低。
为什么VC均热板要做超薄？
和电池应用领域有关系吗？
2021年新出台的国家新能源战略规划，明确要求动力锂电池能量密度≥180Wh/kg。也就是一公斤的电池材料，你要能往里面存0.18度电。
举个例子，我们实验室有一块电池，能量密度是200Wh/kg，如果我放一片0.5毫米厚的均热板进去，它的能量密度会降到196Wh/kg，放两片可能降到192，如果这两片均热板的厚度达到了0.8毫米，能量密度就会降到182左右。一旦超了0.8毫米，那能量密度就低于国家标准了。所以，VC超薄化在应用上是必要的。
如果应用在手机平板等上面，那就更不用说了。现在手机等电子器件趋向超薄化和轻量化，VC均热板的超薄研发也是为了适应市场需求，在散热方面提供更有效果的帮助。
文章转自：畅能达科技