随着环保意识的普及和燃油成本的攀升，新能源汽车逐渐赢得越来越多消费者的青睐。然而，在北方高寒的冬季，新能源车锂电池性能显著下降的问题，成为制约其广泛应用的一大挑战。
近日，宁波诺丁汉大学（简称“宁诺”）2024届机械工程系学子刘芷茹在这一领域取得突破性进展。她以第一作者身份在中科院二区（JCR Q1）期刊《Journal of Energy Storage》上发表论文，提出了一种基于石墨烯增强相变微胶囊材料的锂电池预热技术，能有效缩短锂电池预热时间。
刘芷茹的研究成果有望解决新能源汽车在低温环境下续航里程缩短和预热效率问题，提升用户体验，为新能源汽车在高寒地区的应用提供了可能的解决方案。
从散热到集热，
为新能源汽车攻克“低温挑战”
“最初，我研究的是如何让锂电池更好地散热。”刘芷茹回忆道。大四伊始，她的课题聚焦于高温环境下电池的性能衰减与热失控问题。然而，一次在长春的汽车企业调研改变了她的研究方向。
她的导师、宁诺机械工程系教授任勇发现，在寒冷气候下，电池预热缓慢甚至难以启动的问题更为严峻。这一发现让刘芷茹深受触动。身为哈尔滨人，她对北方寒冬的严酷再熟悉不过：“东北冬天常常低至零下20～30℃，而锂电池在40℃左右性能最佳，相差了至少60℃。如果没有高效的预热方案，电池需要极长时间才能达到工作温度。”
在导师的建议下，刘芷茹将研究方向从“散热”转向“集热”，开始了一场逆向实验之旅。她查阅大量文献，寻找可以提升预热效率的新型材料，最终将目标锁定在相变材料——一种可以在温度不变的情况下改变物质状态并提供潜热的绿色环保载体。
然而科研路上的挑战远超预期。在一次模拟实验中，刘芷茹尝试用热膜加热锂电池，但意外发现电池温度上升的同时，周围材料的温度却在下降，与现实情况严重不符。这一问题困扰了她整整一个月，研究进度陷入停滞。她向博士生学姐求助，不断进行实验和数据分析，反复优化建模型方案，经过多次调整，最终成功使用石墨烯增强的相变微胶囊材料，大幅提升了锂电池的预热效率。
机械臂、弹簧车、蒸汽船……
把自己的双手弄脏
刘芷茹的这项研究成果源自她的大四毕业课题。导师任勇教授提到：“宁诺的课程强调实践与行业结合。毕业课题不仅关注理论研究，更聚焦于实际工程问题的解决。许多项目鼓励企业深度参与，共同指导学生。”
类似的实践课题几乎贯穿了刘芷茹的整个本科生涯。大二，她设计了一款利用弹性势能驱动的弹簧车；在大三的《设计、制造及项目》课中，在历经建模、材料打磨、组装等，她与团队共同完成了难度极高的蒸汽船项目。
在一次暑期科研项目中，刘芷茹迎来了一个更复杂的挑战。当时，她所在的团队需要优化一个可旋转、可弯曲的六轴机械臂，使其在流水线作业中更加稳定、灵活。“课本上的模型都很规则，但是现实中的零部件的尺寸和形状都是奇形怪状的。”她笑着打趣道，“理论和现实的差距，大概是1和100的区别。”
在理论与实践相互结合的教学模式下，刘芷茹跨越了从理论到应用的巨大鸿沟，也形成了自己的学习理念：“科研不只是推导公式，更需要真正把手弄脏，在一次次试错和调整中摸索答案，让技术从图纸走向现实。”
“宁诺的科研资源给了我极大的支持。导师的指导、实验室的设备、博士生的经验分享，让我的研究一步步取得突破。”刘芷茹表示。怀揣对新能源技术的热爱，她如今已赴剑桥大学能源技术专业深造，继续探索新能源在不同应用场景中的更多可能性，在宁诺学习过程中积累的知识与实践经验，将为她未来投身行业创新与应用奠定坚实基础。
发布于2025年01月25日