हालाँकि लिथियम-आयन बैटरियाँ ऑपरेशन के दौरान अपनी ऊर्जा का केवल 10% से कम ही गर्मी में परिवर्तित करती हैं, अगर इस गर्मी को प्रभावी ढंग से नियंत्रित नहीं किया जाता है, तो यह बैटरी की उम्र बढ़ने में तेजी लाएगी और यहां तक कि चरम मामलों में थर्मल रनवे और आग का कारण भी बनेगी। इसके ठीक विपरीत, मनुष्यों की "अक्षम" विद्युत रासायनिक प्रणाली हर दिन सैकड़ों कप चाय उबालने के लिए पर्याप्त गर्मी उत्पन्न करती है, लेकिन फिर भी यह शरीर के तापमान को स्थिर बनाए रख सकती है। कुंजी त्वचा और उसके पसीने की गर्मी अपव्यय तंत्र में निहित है।इससे प्रेरित होकर, सिटी यूनिवर्सिटी ऑफ हांगकांग की एक शोध टीम ने हाल ही में एक "त्वचा जैसी अनुकूली नैनोकम्पोजिट कूलिंग फिल्म" विकसित की है जो बैटरी को स्तनधारी त्वचा की तरह "पसीना और ठंडा" करने की अनुमति देती है।
कई वर्षों से, सेल तापमान को सुरक्षित सीमा के भीतर बनाए रखने के लिए, मोबाइल फोन से लेकर इलेक्ट्रिक वाहनों तक लगभग सभी लिथियम बैटरी सिस्टम पंखे, हीट सिंक, तरल कूलिंग सर्किट और चरण परिवर्तन सामग्री सहित थर्मल प्रबंधन प्रणालियों से लैस हैं। हालाँकि ये समाधान परिपक्व और प्रभावी हैं, लेकिन इनमें अक्सर जटिल संरचनाएँ होती हैं, जगह घेरते हैं और अतिरिक्त बिजली की खपत की आवश्यकता होती है। शोध दल का मानना है कि प्रकृति ने पहले से ही एक कुशल और सुरुचिपूर्ण समाधान प्रदान किया है - स्तनधारी त्वचा "पसीना + वाष्पीकरण" के माध्यम से शरीर के तापमान को अत्यधिक कुशल विनियमन प्राप्त करती है। यदि इस तंत्र को इंजीनियर किया जा सकता है और बैटरी में प्रत्यारोपित किया जा सकता है, तो इससे प्रदर्शन, सुरक्षा और सिस्टम सादगी में एक साथ सुधार की उम्मीद की जाएगी।
रिपोर्ट्स के मुताबिक, यह नई कूलिंग फिल्म बैटरी की सतह को "स्किन" की तरह कवर करती है। यह लिथियम क्लोराइड (LiCl), ग्राफीन ऑक्साइड (GO), सक्रिय कार्बन फाइबर (ACF) जैसी कार्यात्मक सामग्रियों से बना है, और एक छिद्रपूर्ण पॉलीटेट्राफ्लुओरोएथिलीन (PTFE) झिल्ली में समाहित है और एक तांबे के फ्रेम द्वारा समर्थित है। प्रत्येक घटक में श्रम का स्पष्ट विभाजन होता है: LiCl एक अत्यधिक हीड्रोस्कोपिक नमक है जो तापमान कम होने पर हवा से नमी को अवशोषित और संग्रहीत कर सकता है; ग्राफीन ऑक्साइड एक कुशल तापीय प्रवाहकीय नेटवर्क बनाता है, जो बैटरी द्वारा उत्पन्न गर्मी को झिल्ली के भीतर तेजी से फैलाता है; सक्रिय कार्बन फाइबर की छिद्रपूर्ण संरचना वाष्पीकरण क्षेत्र को काफी बढ़ा देती है; तांबे का फ्रेम गर्मी को समान रूप से वितरित करने में मदद करता है और स्थानीय संतृप्ति से बचाता है; पीटीएफई बाहरी झिल्ली जल वाष्प को स्वतंत्र रूप से पारित करने की अनुमति देते हुए समाधान रिसाव को रोकती है।
जैसे ही बैटरी गर्म होती है, झिल्ली में जमा नमी गर्मी को अवशोषित कर लेती है और तेजी से वाष्पित हो जाती है, जिससे बैटरी की सतह से गर्मी दूर हो जाती है, इस प्रक्रिया को "डिसॉर्प्शन कूलिंग" कहा जाता है। जब बैटरी ठंडी हो जाती है, तो झिल्ली स्वचालित रूप से आसपास की हवा से पानी को पुन: अवशोषित कर लेती है, इसकी "नमी सूची" को बहाल करती है और काम के अगले दौर के लिए तैयारी करती है। अनुसंधान टीम ने बताया कि यह अनुकूली नमी अवशोषण और रिलीज विशेषता शीतलन फिल्म को विभिन्न कामकाजी परिस्थितियों में अपनी स्थिति को स्वचालित रूप से समायोजित करने और बाहरी नियंत्रण प्रणाली की आवश्यकता के बिना निरंतर परिसंचरण प्राप्त करने की अनुमति देती है।
प्रायोगिक आंकड़ों से पता चला है कि अनुकूली शीतलन फिल्म ने प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट परीक्षण में 802.5 W·m⁻² की औसत शीतलन शक्ति हासिल की और 2.7 kW·m⁻² के उच्च ताप प्रवाह घनत्व पर तापमान को 34.3 डिग्री सेल्सियस (लगभग 61.7 डिग्री फ़ारेनहाइट) कम कर दिया। नाममात्र 3.7 वी/12 आह के साथ एक वाणिज्यिक लिथियम-आयन बैटरी पर उच्च दर चार्ज और डिस्चार्ज परीक्षण करते समय, इस कूलिंग फिल्म का उपयोग करके बैटरी चक्र जीवन 118 गुना से 233 गुना तक बढ़ाया गया था, जो लगभग दोगुना है। शोधकर्ताओं ने बताया कि मजबूत थर्मल लोड स्थितियों के तहत जो उच्च-प्रदर्शन बैटरियों की वास्तविक कामकाजी परिस्थितियों के करीब हैं, सामग्री अभी भी 30 डिग्री सेल्सियस से अधिक की शीतलन प्राप्त कर सकती है, जो प्रदर्शन में गिरावट और सुरक्षा जोखिमों को महत्वपूर्ण रूप से दबाने के लिए पर्याप्त है।
इसकी शीतलन क्षमताओं के अलावा, नैनोकम्पोजिट फिल्म में उत्कृष्ट ज्वाला मंदक गुण भी होते हैं, जो सामान्य रूप से दहन को ट्रिगर करने वाली स्थितियों के तहत थर्मल रनवे के प्रसार को प्रभावी ढंग से रोकते हैं। परीक्षणों में, झिल्ली ने 1,000 घंटे से अधिक कठोर चक्र उपयोग के बाद स्थिर थर्मल प्रबंधन प्रदर्शन बनाए रखा, जिससे अच्छा स्थायित्व और दोहराव दिखा। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि पूरा सिस्टम निष्क्रिय रूप से ठंडा होता है और उसे किसी अतिरिक्त बिजली आपूर्ति की आवश्यकता नहीं होती है: जब बैटरी का तापमान गिरता है तो फिल्म में LiCl स्वचालित रूप से हवा से नमी को पुन: अवशोषित कर लेगा, और अगली गर्मी अपव्यय को "चार्ज" कर देगा।
"हमारा लक्ष्य एक निष्क्रिय, कॉम्पैक्ट, कम लागत वाला और व्यावहारिक थर्मल प्रबंधन समाधान विकसित करना है जो वास्तविक बैटरी संचालन के दौरान विश्वसनीयता और सुरक्षा को ध्यान में रखते हुए बाहरी ऊर्जा इनपुट के बिना मजबूत शीतलन क्षमता प्रदान करता है।" प्रोजेक्ट लीडर डॉ. सुई ज़ेंगगुआंग ने कहा। अपनी सरल संरचना और कॉम्पैक्ट आकार के कारण, यह कूलिंग फिल्म डिजाइन में अत्यधिक स्केलेबल है और इसे आवश्यकता के अनुसार आकार में बढ़ाया या घटाया जा सकता है। इसे पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों से लेकर बड़े इलेक्ट्रिक वाहन बैटरी पैक तक हर चीज में लागू किए जाने की उम्मीद है।
हालाँकि, शोध टीम यह भी याद दिलाती है कि यह तकनीक वर्तमान में उन परिदृश्यों के लिए अधिक उपयुक्त है जहाँ ताप भार रुक-रुक कर या समय-समय पर बदलता रहता है। निरंतर उच्च ताप प्रवाह घनत्व स्थितियों के तहत, शीतलन क्षमता सीमित होगी क्योंकि सामग्री को ठंडा होने और नमी को पुन: अवशोषित करने के लिए समय की आवश्यकता होती है। दूसरे शब्दों में, यह एक निष्क्रिय शीतलन समाधान है जो निरंतर अत्यधिक गर्मी वाले वातावरण के लिए एक आकार-फिट-सभी समाधान के बजाय "आंतरायिक उच्च-शक्ति कार्य" के लिए उपयुक्त है।
हालाँकि यह अभी भी अपेक्षाकृत शुरुआती चरण में है और पूर्ण औद्योगीकरण से पहले और अधिक शोध और विकास तथा सत्यापन की आवश्यकता है, शोधकर्ता इसकी संभावनाओं के बारे में काफी आशावादी हैं। उनका मानना है कि यह तकनीक किसी भी परिदृश्य के लिए बहुत आकर्षक है जो हल्की है, कॉम्पैक्ट है, अतिरिक्त बिजली की आपूर्ति की आवश्यकता नहीं है, लेकिन "सार्थक शीतलन क्षमता" की आवश्यकता है, खासकर उन क्षेत्रों में जो वजन और पैकेजिंग बाधाओं के प्रति बेहद संवेदनशील हैं, जैसे ह्यूमनॉइड रोबोट और ड्रोन। प्रासंगिक शोध पत्र "एसीएस नैनो" पत्रिका में प्रकाशित किया गया है, और लेख में अधिक विस्तृत तकनीकी विवरण भी दिए गए हैं।