لا تقم فقط بتأخير الانتشار الحراري من خلية إلى أخرى، بل قم بإيقافه.

يواجه مهندسو البطاريات تحديًا شاقًا يتمثل في زيادة الحماية من الانفلات الحراري إلى الحد الأقصى مع تحسين أداء السيارة. تصبح هذه المهمة أكثر أهمية مع تزايد شعبية تصميمات "من الخلية إلى العبوة" ومن الخلية إلى الهيكل، لأن الشركات المصنعة تفقد الحماية الإضافية التي يمكن دمجها في التصميم القائم على الوحدة. على الرغم من أن الكيميائيات الأحدث مثل LFP والحالة الصلبة يتم تسويقها كبدائل أكثر أمانًا لـ NMC، إلا أنه لا يزال هناك خطر الانتشار الحراري.

تعد السلامة عقبة كبيرة يجب على شركات تصنيع السيارات التغلب عليها لتشجيع الاعتماد على نطاق واسع على السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات. وضعت الصين (GB38031) والأمم المتحدة (ECE/TRANS/180/Add.20) المعيار الحالي للتحكم في الانتشار الحراري من خلال لوائح التأخير البالغة 5 دقائق. مع وجود مجموعات بطاريات ذات نطاق أعلى وطاقة أعلى في الأفق القريب، يجب على مصنعي المعدات الأصلية إعداد أنفسهم للوائح اللاحقة التي من المحتمل أن تطول (على سبيل المثال، 10، 20، 30 دقيقة) حتى نهاية المطاف، ستكون هناك حاجة إلى أنظمة موثوقة غير قابلة للنشر.

هناك مسارات متعددة لانتقال الحرارة من الخلية الهاربة حراريًا إلى الخلايا المجاورة لها. والأكثر وضوحا هو التوصيل من خلية إلى خلية. تشمل العناصر الأخرى التي يجب مراعاتها عند تطوير استراتيجية تخفيف الانتشار الحراري إدارة الغاز، ومسارات التوصيل الثانوية (لوحة التبريد غير النشطة، وقضيب الناقل، وما إلى ذلك)، والتبريد النشط (إذا كانت الآلية لا تزال تعمل بعد سيناريو التعطل). حواجز الخلايا هي خط الدفاع الأول عند محاولة التحكم في الانتشار الحراري.

يجب أن تدير الحواجز من خلية إلى أخرى الطاقة الميكانيكية والحرارية

في تطبيقات الخلايا الحقيبةية والمنشورية، يلعب حاجز الخلية إلى الخلية دورين:

1. ميكانيكي

يجب أن تعمل الحواجز من خلية إلى خلية بمثابة وسادة ضغط وتمتص حركة الخلايا عندما تنتفخ مع تقدم العمر، وكذلك أثناء دورات الشحن والتفريغ. خلال هذه الدورات، تتوسع الخلايا وتنقبض مثل الرئتين التي تسحب وتطرد النفس. تاريخيًا، يتم شغل هذا الدور بواسطة رغاوي البولي يوريثان أو رغاوي السيليكون، لكن درجات حرارة تعرضها القصوى تصل إلى حوالي 100 إلى 300 درجة مئوية. إنها أفضل من لا شيء، ولكنها عادةً لا تستوفي لوائح التأخير لمدة 5 دقائق.

2. الحرارية

الوظيفة الثانية التي تحققها الحواجز من خلية إلى أخرى هي حاجز النار. ويجب أن توفر مقاومة حرارية استثنائية – أثناء ضغطها – عند درجات حرارة تصل إلى 1000 درجة مئوية أو أعلى. تعمل المواد مثل المعادن وصفائح الميكا بشكل جيد من الناحية الحرارية ولكنها محدودة عندما يتعلق الأمر بامتصاص الطاقة الميكانيكية.

تعتبر مادة Airgel واحدة من المواد القليلة التي يمكنها الأداء بشكل جيد في كلتا الفئتين. لعقود من الزمن، اشتهر الإيروجيل بكونه العازل الصلب الأخف وزنًا والأعلى أداءً في العالم، ولكن كان من الصعب صنعه على نطاق واسع وكان هشًا للغاية بحيث لا يمكن استخدامه في التطبيقات العملية. تعاونت شركة Aspen Aerogels مع وكالة ناسا لتطوير وتسويق أول بطانية مرنة من مادة الهلام الهوائي. بعد أكثر من 20 عامًا من النجاح المثبت في مجال العزل الحراري والعزل الصوتي والحماية السلبية من الحرائق في التطبيقات الصناعية، صممت أسبن PyroThin، حاجز حراري خفيف الوزن ورفيع للغاية لتطبيقات المركبات الكهربائية. PyroThin يمكن للحواجز الحرارية أن تؤدي الوظيفة الميكانيكية لوسادة الضغط والدور الحراري لحاجز الحريق.

اختيار مصنعي المعدات الأصلية للسيارات العالمية PyroThin كجزء من استراتيجية التخفيف من الانتشار الحراري الخاصة بهم بسبب PyroThin...

يتحمل درجات حرارة تصل إلى 1400 درجة مئوية

تم تطوير Aspen Aerogels PyroThin مع إدراك أنه لا يوجد حل واحد يناسب الجميع لحاجز الخلية إلى الخلية. تحترق كيميائيات الخلايا المختلفة عند درجات حرارة مختلفة، وتحترق بشدة. PyroThin الحواجز الحرارية عبارة عن منصة قابلة للضبط حيث يمكن تعديل كيمياء الإيروجيل وتعزيز الألياف وفقًا لمتطلبات التطبيق.

تعمل بمثابة وسادة ضغط مرنة ومرنة

PyroThin يستغل المسامية النانوية المصممة هندسيًا لجيل السيليكا لتقديم أداء حراري وميكانيكي رائد في فئته في شكل خفيف الوزن. أثناء عملية معالجة الهلام الهوائي، تتشكل سلاسل طويلة من بوليمر السيليكا، وتعمل معًا كمليارات من النوابض النانوية المرنة. تحتوي بطانية الإيروجيل المرنة على مسام أصغر بمقدار 10,000 مرة من أي مادة عازلة أخرى. وبهذا الحجم تتغير الفيزياء تمامًا. PyroThin يتمتع بموصلية حرارية أقل من الهواء الساكن، لذلك عندما يتم ضغطه، تتحسن الموصلية الحرارية فعليًا.

المقاومة الحرارية، حتى عند الضغط عليها

تتمتع مادة Airgel بأقل موصلية حرارية لأي مادة على وجه الأرض. على عكس المواد العازلة التقليدية، لا يعتمد الإيروجيل على الهواء المحبوس. متى PyroThin عند ضغطه، يتم ضغط الهواء الذي يتمتع بموصلية حرارية أقل أو أسوأ من الإيروجيل. وهذا يعني حواجز أرق من خلية إلى أخرى، والمزيد من الخلايا داخل الوحدات، وحزم أخف، وزيادة النطاق.

PyroThin الحواجز الحرارية المتقدمة تظهر وعدًا بمستقبل غير قابل للانتشار

بالإضافة إلى إخضاع مصنعي المعدات الأصلية للسيارات PyroThin لاختبارات العالم الحقيقي، قامت شركة Aspen Aerogels بتطوير سلسلة من اختبارات الوحدات المصغرة. تحتوي خليتان - خلية الزناد والخلية المجاورة - على PyroThin حاجز حراري بينهما لمعرفة ما إذا كان يمكن منع الانتشار الحراري من خلية إلى أخرى.

في إعداد الاختبار أعلاه، يتم ضغط خليتين منشوريتين سعة 62 أمبير (CATL) داخل رقصة للحفاظ على ضغط وجه الخلية. تصمم Aspen اختبارات الانتشار الحراري لضغوط نهاية العمر (EOL)، وبالتالي فإن 2.35 مم PyroThin كان في حوالي 50٪ سلالة. تعمل وسادة التسخين بقدرة 160 واط على دفع الخلية إلى الهروب الحراري.

ومن المثير للاهتمام أنه عندما تنفيس الخلية، ينخفض ​​الضغط، و PyroThin يمكن أن تتوسع قليلا بين الخلايا. على مدار 30 دقيقة، تصل الخلية المجاورة إلى درجة حرارة قصوى تبلغ 130 درجة مئوية عند علامة 5 دقائق ولكنها لا تصل إلى حالة الهروب الحراري. من المهم ملاحظة أن تكوين الوحدة المصغرة هذا يعزل المسارات الموصلة عن المسارات الثانوية في تكوين الحزمة الفعلي. ومع ذلك، يوضح هذا الاختبار أنه يمكن إيقاف الانفلات الحراري على مستوى خلية إلى أخرى. يمكن للمهندسين الآن تحويل انتباههم إلى الآليات الأخرى وكيفية عزلها، وفي النهاية يشقون طريقهم نحو تصميم غير قابل للانتشار.

PyroThin تعتبر الحواجز الحرارية حلاً مثبتًا، سواء في المختبرات أو على الطريق. حصل Aspen Aerogels على جائزة Overdrive Award لتميز الإطلاق، كجزء من جائزة أفضل مورد للعام الثلاثين من جنرال موتورز. PyroThinلعبت تكنولوجيا شركة Aspen والدعم الهندسي السريع من Aspen دورًا حاسمًا في استراتيجية الانتشار الحراري لشركة جنرال موتورز لمنصة بطاريات Ultium الخاصة بها.