BATMAN
Cool BatMan: Battery Thermal Management System Based on High Power Density Microfluidic Magnetocaloric Cooling
Konzorcij štirih institucij:
- Univerza v Ljubljani (Slovenija) – dr. Urban Tomc (koordinator)
- Inštitut Jožef Stefan (Slovenia) – prof. dr. Hana Uršič Nemevšek
- Leibniz Institute for Solid State and Materials Research (Nemčija) – prof. dr. Jens Freudenberger
- University of Barcelona (Katalonija) – prof. dr. Lluis Mañosa
Skupni proračun v višini 510.000 € za tri leta (2022-2025)
Figure 1: a) Schematic of electrowetting on dielectric principle (left-inactivated droplet-high contact angle, right-voltage activated droplet-low contact angle); b) by careful design of electrodes and turning them on and off the droplet can move across the surface (left: both electrodes off, right: right electrode turns voltage on and the droplet moves over it due to the contact angle change).
Li-ionske baterije veljajo za eno ključnih rešitev pri zmanjševanju odvisnosti od fosilnih goriv v prihodnjem desetletju. Njihova glavna omejitev pri učinkovitem in zanesljivem delovanju pa je ozko temperaturno območje, znotraj katerega delujejo z optimalno učinkovitostjo brez večjih degradacij.
Za razvoj sistema za termično upravljanje baterij (BTMS) sta ključnega pomena dva vidika: visoka učinkovitost in kompaktnost. Zlasti v e-mobilnosti je kompakten BTMS, po možnosti brez gibljivih delov, bistvenega pomena. Večina obstoječih BTMS še vedno temelji na tehnologiji parno-kompresijskega hlajenja, ki uporablja okolju škodljiva hladiva in dosega zgolj zmerno učinkovitost. Zato obstaja potreba po novih, učinkovitejših in okolju prijaznejših hladilnih tehnologijah.
Ena izmed obetavnih alternativ je magnetokalorična (MC) hladilna tehnologija. Kljub temu se sodobne MC naprave soočajo z izzivi, kot so neučinkovit prenos toplote in hidravlične izgube. Posledično zahtevajo velike količine magnetnih in MC materialov, kar zmanjšuje njihovo kompaktnost ter otežuje cenovno konkurenčnost v primerjavi s konvencionalnimi hladilnimi sistemi.
CILJ projekta Cool BatMan je pridobiti temeljno razumevanje dinamičnega toplotnega obnašanja dveh različnih fizikalnih pojavov, ki sta združena za uporabo v kompaktni MC-hladilni napravi. Magnetokalorični material, ki izkorišča magnetokalorični učinek, bo povezan s pojavom elektroomočljivost na dielektriku (ElectroWetting On Dielectric , EWOD) in tvoril edinstveno magnetokalorični princip hlajenja.
EWOD temelji na spreminjanju omočljivosti kapljic kapljevine na dielektričnih trdnih površinah z uravnavanjem električnega potenciala, kar omogoča nadzorovano manipulacijo posameznih kapljic (npr. premikanje), kot prikazuje Slika 1. Hitro upravljanje in premikanje majhnih količin kapljic kot medija za prenos toplote preko magnetokaloričnega materiala (namesto neprekinjenega toka tekočine/kapljevine) bi lahko bistveno zmanjšalo hidravlične izgube ter količino uporabljenega magnetokaloričnega materiala. To bi posledično omogočilo veliko bolj kompakten hladilni sistem.
Kapljice bi delovale kot toplotno stikalo: kapljica bi absorbirala toploto z določene lokacije magnetokaloričnega materiala in jo s hitrim, nadzorovanim premikom sprostila na drugo izbrano lokacijo ali v hladilnik (Slika 2).
Končni cilj projekta je zasnova, razvoj in testiranje prototipa kompaktne MC/EWOD-hladilne naprave za dokaz koncepta (proof-of-principle). Naprava bo primerna za integracijo v BTMS sistem za Li-ionske baterije v e-mobilnosti (avtomobilski, pomorski ali železniški sektor).
Figure 2: Two potential operational strategies of proposed MC/EWOD thermal switch cooling device.
Figure 3: Shematic illustration of the project workflow with indicated TRLs.
POTEK PROJEKTA je bil skrbno zasnovan in je prikazan na Sliki 3. Na začetni stopnji vključuje numerično modeliranje predlaganega MC/EWOD-hladilnega načela, kar bo zagotovilo trdne temelje za ključno fazo projekta – vzpostavitev kakovostnega in zanesljivega procesa izdelave MC/EWOD naprave. Ta proces vključuje več tehnološko zahtevnih podkorakov.
Za uspešno obvladovanje postopka izdelave bo na vsaki razvojni stopnji vzpostavljen temeljit nadzor kakovosti (karakterizacija). Takšen povratno-invencijski pristop bo na koncu omogočil razvoj prve prototipne MC/EWOD-hladilne naprave za dokaz koncepta (proof-of-principle).
