電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃山明）在“雙碳”目標(biāo)推動(dòng)下，可再生能源并網(wǎng)與儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)迎來高速發(fā)展，鋰/鈉離子電池作為電化學(xué)儲(chǔ)能的核心載體，在高集成度、高功率密度應(yīng)用場景下的熱安全問題成為行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2017-2024年全球累計(jì)發(fā)生電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全事故約89起，均與電池?zé)崾Э匾l(fā)的連鎖反應(yīng)相關(guān)。

相較于傳統(tǒng)風(fēng)冷技術(shù)，液冷技術(shù)憑借高散熱效率、優(yōu)異的溫度均勻性，成為解決鋰/鈉離子電池?zé)峁芾黼y題的核心方案。

液冷技術(shù)的分類與發(fā)展

目前，國內(nèi)儲(chǔ)能液冷技術(shù)主要分為三大類。一是冷板式液冷，通過內(nèi)部集成流道的液冷板與電池表面接觸，常用乙二醇和水混合溶液作為冷卻液在流道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)帶走熱量。優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)簡單、安全性高、維護(hù)便捷，且適配現(xiàn)有電池組設(shè)計(jì)；局限是空間占用大、接觸熱阻導(dǎo)致溫度均勻性欠佳。

二是浸沒式冷卻，將電池組直接浸沒在絕緣冷卻液中，實(shí)現(xiàn)直接熱交換。根據(jù)冷卻液是否發(fā)生相變，又可以分為單相浸沒式，基于顯熱傳遞，熱力學(xué)穩(wěn)定，介質(zhì)適配性好；兩相浸沒式，基于相變潛熱，傳熱效率更高，溫度均一性更好，相對(duì)系統(tǒng)密閉性要求高。

三是噴淋式液冷，在電池模組上方或側(cè)面布置噴頭，冷卻液直接噴淋在產(chǎn)熱電池上實(shí)現(xiàn)散熱。優(yōu)勢是用液量少、靈活性高；挑戰(zhàn)在于系統(tǒng)緊湊性、液體管理和噴頭要求較高。

從行業(yè)數(shù)據(jù)來看，2023年溫控配套出貨中，工商業(yè)儲(chǔ)能項(xiàng)目液冷技術(shù)占比已經(jīng)達(dá)到約71%，廣州地區(qū)更是達(dá)到97%，源網(wǎng)側(cè)大儲(chǔ)目前仍以風(fēng)冷為主，但隨著大電芯、高倍率應(yīng)用，液冷滲透率預(yù)計(jì)持續(xù)提升。

在儲(chǔ)能溫控中，液冷已經(jīng)從配角走向了主角。同時(shí)技術(shù)上，近年來，國內(nèi)外學(xué)者圍繞液冷技術(shù)的效率提升、成本優(yōu)化、安全性增強(qiáng)開展了大量研究，冷板式、浸沒式、噴淋式三大技術(shù)均取得了突破性進(jìn)展，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、冷卻液優(yōu)化、系統(tǒng)集成等方面實(shí)現(xiàn)了性能升級(jí)。

冷板式液冷的研究重點(diǎn)集中在流道結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與冷卻液優(yōu)化，旨在降低接觸熱阻、提升溫度均勻性。傳統(tǒng)蛇形流道存在流量分布不均、溫差較大的問題，科研人員受生物結(jié)構(gòu)啟發(fā)，設(shè)計(jì)了葉形、仿生血管形流道，在相同熱交換區(qū)域下，葉形流道可使電池平均溫度降低0.4℃，溫差與能耗分別降低11%和13%；雙進(jìn)雙出的流道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，相較于單進(jìn)單出結(jié)構(gòu)，可將電池組最大溫差從7.43℃降至指標(biāo)范圍內(nèi)，在電動(dòng)振動(dòng)電池等特殊場景中實(shí)現(xiàn)了可靠冷卻。

在冷卻液優(yōu)化方面，向乙二醇/水混合溶液中添加石墨烯納米顆粒，可使電池組溫差降低24%~29%，顯著提升冷卻效果。此外，冷板式液冷與阻燃材料的結(jié)合成為新趨勢，冷板-阻燃板-冷板（CFCP）復(fù)合系統(tǒng)，可有效抑制熱失控電池的熱量傳播，提升系統(tǒng)安全性能。

浸沒式液冷憑借優(yōu)異的散熱性能，成為研究最活躍的液冷技術(shù)方向，其創(chuàng)新集中在導(dǎo)流結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、冷卻液適配與系統(tǒng)能效優(yōu)化。通過在浸沒式系統(tǒng)中增設(shè)魚形孔導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，可在降低電池最高溫度12.2%的同時(shí)，將泵功耗降低42.1%，綜合性能因子提升39.3%；強(qiáng)制流浸沒式冷卻相較于靜流浸沒式，可使電池最高溫度再降低5.70%，通過調(diào)控冷卻液流速，可進(jìn)一步提升散熱效率。

在應(yīng)用效果上，浸沒式液冷可將電池組最大溫差控制在1.5℃以內(nèi)，遠(yuǎn)低于風(fēng)冷的15℃，經(jīng)600次循環(huán)后，電池容量保持率可提高3.3%；在快速充電場景下，浸沒式液冷較強(qiáng)制風(fēng)冷，峰值溫度可降低19.6℃，且冷卻能耗僅為風(fēng)冷的40.37%，展現(xiàn)出優(yōu)異的節(jié)能效果。

噴淋式液冷的研究聚焦于常規(guī)散熱優(yōu)化與熱失控抑制兩大方向，在噴嘴設(shè)計(jì)、冷卻液選擇、噴射模式等方面實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)創(chuàng)新。通過仿真優(yōu)化確定了噴淋式液冷的最佳工藝參數(shù)：噴嘴直徑0.47mm、噴淋角度88.16°，可將電池組最高溫度降至25.43℃，溫差控制在3.41℃，較傳統(tǒng)系統(tǒng)分別降低27.28%和69.39%；將氫氟醚（HFE）與強(qiáng)制空氣結(jié)合，優(yōu)化噴嘴布置與噴射速率，可使電池組最高溫度降低6℃，溫差降低4℃。

在熱失控抑制方面，噴淋式液冷展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢，通過提前噴淋、增加噴嘴數(shù)量，可有效降低過熱電池溫度，切斷熱傳播路徑；針對(duì)電池過熱的不同階段，采用分級(jí)噴淋策略，在固體電解質(zhì)界面（SEI）分解階段施加0.8MPa噴霧壓力即可防止反應(yīng)繼續(xù)，在電解質(zhì)分解階段可延遲熱失控時(shí)間18.7s，為電池系統(tǒng)的安全防護(hù)提供了新方案。

液冷技術(shù)的應(yīng)用與展望

隨著新能源裝機(jī)比例的持續(xù)攀升，電化學(xué)儲(chǔ)能正從示范應(yīng)用走向規(guī)?；逃?。在這場能源變革中，溫控系統(tǒng)雖是輔助子系統(tǒng)，卻直接關(guān)系到電站的安全命脈與投資收益。

這種趨勢下，讓主流廠商推出的工商業(yè)儲(chǔ)能柜幾乎全部采用液冷方案，“AllinOne”的設(shè)計(jì)理念使得液冷系統(tǒng)高度集成化，安裝便捷性大幅提升。

尤其伴隨著鈉離子電池的普及，憑借鈉資源豐度高、成本低、本征熱穩(wěn)定性好的優(yōu)勢，在分布式儲(chǔ)能、低速電動(dòng)載具等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，目前正從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化。

盡管鈉離子電池?zé)岚踩愿鼉?yōu)，但在高集成度儲(chǔ)能場景下，其充放電過程中產(chǎn)生的熱量仍需高效散出，液冷技術(shù)在鋰離子電池中的成熟經(jīng)驗(yàn)為其向鈉離子電池的遷移提供了重要參考，同時(shí)需結(jié)合鈉離子電池的電極體系、電芯結(jié)構(gòu)、產(chǎn)熱特性進(jìn)行針對(duì)性創(chuàng)新。

當(dāng)前，鈉離子電池液冷技術(shù)的研究已從基礎(chǔ)散熱向精準(zhǔn)化、系統(tǒng)化、混合化發(fā)展。在產(chǎn)熱特性研究與精準(zhǔn)控溫方面，針對(duì)鈉離子電池產(chǎn)熱功率的階段性變化特征，研究人員建立了分階段流量控制策略，通過低產(chǎn)熱階段降低泵耗、高熱階段提升流量，實(shí)現(xiàn)能效優(yōu)化；針對(duì)不同規(guī)格的方形鈉離子電池，建立了液冷仿真模型，為液冷系統(tǒng)的個(gè)性化設(shè)計(jì)提供了理論支撐。

在混合式熱管理系統(tǒng)方面，將冷板式液冷與相變材料結(jié)合，采用乙醇-水混合介質(zhì)與十八烷相變材料的復(fù)合散熱方案，有效提升了散熱效率；鋁板與液冷板的集成設(shè)計(jì)，可將鈉離子電池組最高溫度降低17℃，為高功率密度鈉離子電池?zé)峁芾硖峁┝诵侣窂健?br />
未來，液冷技術(shù)在鈉離子電池領(lǐng)域的發(fā)展需圍繞“低成本、高適配、智能化”三大核心方向展開。

首先，結(jié)合鈉離子電池的電極材料、電芯結(jié)構(gòu)與充放電特性，開發(fā)適配的液冷系統(tǒng)，如針對(duì)鈉離子電池軟包電芯、方形電芯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，優(yōu)化冷板式流道設(shè)計(jì)與浸沒式系統(tǒng)布局，降低接觸熱阻，提升散熱效率。

其次，匹配鈉離子電池的低成本優(yōu)勢，開發(fā)經(jīng)濟(jì)型冷卻液，如優(yōu)化水基冷卻液的絕緣性，實(shí)現(xiàn)其在鈉離子電池浸沒式液冷中的應(yīng)用，改性碳?xì)浠衔镱惱鋮s液的抗氧化性與流動(dòng)性，降低高閃點(diǎn)硅油的黏度，提升其散熱性能，同時(shí)推動(dòng)氫氟醚等冷卻液的成本下降，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。

最后，開發(fā)多技術(shù)融合與智能化管理策略，結(jié)合液冷與風(fēng)冷、熱管冷卻的優(yōu)勢，構(gòu)建分級(jí)熱管理系統(tǒng)，降低系統(tǒng)能耗；通過三維仿真模型實(shí)時(shí)預(yù)測電池組溫度分布，動(dòng)態(tài)調(diào)整冷卻液流量、流速與流道切換，避免局部過熱，實(shí)現(xiàn)熱管理的精準(zhǔn)化、智能化。

此外，新型冷卻液的研發(fā)與液冷系統(tǒng)的集成化將成為鈉離子電池液冷技術(shù)的重要發(fā)展趨勢。通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開發(fā)高性能冷卻液，在提高熱導(dǎo)率的同時(shí)降低運(yùn)動(dòng)黏度；優(yōu)化冷卻液配方，添加導(dǎo)熱添加劑與穩(wěn)定劑，避免納米顆粒、導(dǎo)熱材料在冷卻液中聚集沉積；加快環(huán)保型冷卻液研發(fā)，提高生物降解率，降低環(huán)境影響。

在系統(tǒng)集成方面，推動(dòng)液冷系統(tǒng)與電池包的一體化設(shè)計(jì)，減少空間占用，提升能量密度；開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的液冷組件，降低設(shè)計(jì)與制造成本，推動(dòng)鈉離子電池液冷技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化落地。

總結(jié)

液冷技術(shù)的普及，本質(zhì)上是儲(chǔ)能行業(yè)從重規(guī)模向重質(zhì)量轉(zhuǎn)變的縮影。未來，隨著溫控策略的智能化、工質(zhì)材料的環(huán)保化以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化，液冷技術(shù)將不再僅僅是一個(gè)散熱部件，而是儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)字化、精細(xì)化管理的中樞神經(jīng)。對(duì)于產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)而言，能否在液冷領(lǐng)域構(gòu)建起成本與技術(shù)的雙重護(hù)城河，將決定其在儲(chǔ)能萬億賽道中的座次。