Verzögern Sie nicht nur die thermische Ausbreitung von Zelle zu Zelle, sondern stoppen Sie sie.

Batterieingenieure stehen vor der gewaltigen Herausforderung, den Schutz vor thermischem Durchgehen zu maximieren und gleichzeitig die Fahrzeugleistung zu optimieren. Diese Aufgabe wird noch wichtiger, da Cell-to-Pack- und Cell-to-Chassis-Designs immer beliebter werden, da Hersteller den zusätzlichen Schutz verlieren, der in ein modulbasiertes Design eingebaut werden kann. Obwohl neuere Chemikalien wie LFP und Festkörper als sicherere Alternativen zu NMC vermarktet werden, besteht immer noch das Risiko einer thermischen Ausbreitung.

Sicherheit ist eine erhebliche Hürde, die Automobilhersteller überwinden müssen, um die breite Einführung batterieelektrischer Fahrzeuge zu fördern. China (GB38031) und die Vereinten Nationen (ECE/TRANS/180/Add.20) haben mit ihren 5-Minuten-Verzögerungsvorschriften den aktuellen Maßstab für die Kontrolle der thermischen Ausbreitung gesetzt. Da Batteriepakete mit größerer Reichweite und höherer Leistung in naher Zukunft auftauchen, sollten sich OEMs auf künftige Vorschriften vorbereiten, die wahrscheinlich länger dauern werden (z. B. 10, 20, 30 Minuten), bis schließlich zuverlässige, sich nicht ausbreitende Systeme erforderlich sind.

Es gibt mehrere Wege für die Wärmeübertragung von einer Zelle im Thermal Runaway zu ihren Nachbarn. Am offensichtlichsten ist die Leitung von Zelle zu Zelle. Weitere zu berücksichtigende Elemente bei der Entwicklung einer Strategie zur Eindämmung der thermischen Ausbreitung sind das Gasmanagement, sekundäre Leitwege (inaktive Kühlplatte, Sammelschiene usw.) und aktive Kühlung (sofern der Mechanismus nach einem Absturzszenario noch funktionsfähig ist). Zelle-zu- Zellbarrieren sind die erste Verteidigungslinie, wenn es darum geht, die thermische Ausbreitung zu kontrollieren.

Zell-Zell-Barrieren müssen mechanische und thermische Energie bewältigen

Bei Pouch- und prismatischen Zellanwendungen spielt eine Zell-zu-Zell-Barriere zwei Rollen:

1. Mechanisch

Zell-zu-Zell-Barrieren müssen als Kompressionspolster wirken und die Bewegung der Zellen absorbieren, wenn diese mit zunehmendem Alter anschwellen, sowie während Lade- und Entladezyklen. Während dieser Zyklen dehnen sich Zellen aus und ziehen sich zusammen wie Lungen, die Luft an- und ausstoßen. In der Vergangenheit wurde diese Rolle von Polyurethanschäumen oder Silikonschäumen übernommen, deren maximale Einsatztemperaturen jedoch bei etwa 100 bis 300 °C liegen. Sie sind besser als nichts, erfüllen aber in der Regel nicht die 5-Minuten-Verzögerungsvorschriften.

2. Thermal

Die zweite Aufgabe, die Zell-Zell-Barrieren erfüllen, ist eine Feuerbarriere. Sie müssen im komprimierten Zustand eine außergewöhnliche thermische Beständigkeit bei Temperaturen von 1000 °C oder mehr bieten. Materialien wie Metalle und Glimmerplatten sind thermisch gut, können jedoch nur begrenzt mechanische Energie absorbieren.

Aerogel ist eines der wenigen Materialien, das in beiden Kategorien gute Leistungen erbringen kann. Aerogel war jahrzehntelang dafür bekannt, der leichteste feste und leistungsstärkste Isolator der Welt zu sein, seine Herstellung im großen Maßstab war jedoch schwierig und für praktische Anwendungen zu zerbrechlich. Aspen Aerogels arbeitete mit der NASA zusammen, um die erste flexible Aerogeldecke zu entwickeln und zu vermarkten. Nach mehr als 20 Jahren nachweislicher Erfolge als Wärmedämmung, Schalldämmung und passiver Brandschutz in industriellen Anwendungen, Von Aspen entwickelt PyroThin, eine ultradünne, leichte Wärmebarriere für EV-Anwendungen. PyroThin Wärmebarrieren können die mechanische Funktion eines Kompressionspolsters und die thermische Funktion einer Feuerbarriere erfüllen.

Globale Automobilhersteller entscheiden sich PyroThin als Teil ihrer Strategie zur Eindämmung der thermischen Ausbreitung, weil PyroThin...

Hält Temperaturen bis zu 1400 °C stand

Aspen Aerogels entwickelt PyroThin mit dem Verständnis, dass es keine einheitliche Lösung für die Zell-zu-Zell-Barriere gibt. Unterschiedliche Zellchemien brennen bei unterschiedlichen Temperaturen und sie brennen heiß. PyroThin Wärmebarrieren sind eine anpassbare Plattform, bei der die Aerogelchemie und die Faserverstärkung an die Anforderungen einer Anwendung angepasst werden können.

Wirkt als federndes und elastisches Kompressionspolster

PyroThin nutzt die technische Nanoporosität von Silica-Aerogel, um erstklassige thermische und mechanische Leistung in einem leichten Format zu bieten. Während des Aushärtungsprozesses des Aerogels werden lange Silica-Polymer-Ketten gebildet, die zusammen als Milliarden elastischer Nanofedern wirken. Eine flexible Aerogeldecke hat Poren, die 10,000-mal kleiner sind als die jedes anderen Isoliermaterials. Bei dieser Größenordnung ändert sich die Physik völlig. PyroThin hat eine geringere Wärmeleitfähigkeit als ruhende Luft, sodass sich die Wärmeleitfähigkeit tatsächlich verbessert, wenn sie komprimiert wird.

Wärmebeständigkeit, auch im komprimierten Zustand

Aerogel hat die niedrigste Wärmeleitfähigkeit aller Materialien auf der Erde. Im Gegensatz zu herkömmlichen Isolierungen ist Aerogel nicht auf eingeschlossene Luft angewiesen. Wann PyroThin Beim Komprimieren wird die Luft herausgedrückt, die eine geringere oder schlechtere Wärmeleitfähigkeit als Aerogel hat. Das bedeutet dünnere Zell-Zell-Barrieren, mehr Zellen innerhalb der Module, leichtere Packungen und eine größere Reichweite.

PyroThin Fortschrittliche Wärmebarrieren versprechen eine Zukunft ohne Ausbreitung

Neben Automobil-OEMs unterwerfen PyroThin Neben realen Tests hat Aspen Aerogels eine Reihe von Minimodultests entwickelt. Zwei Zellen – eine Triggerzelle und eine benachbarte Zelle – haben eine PyroThin Wärmesperre zwischen ihnen, um zu sehen, ob es die thermische Ausbreitung von einer Zelle zur anderen verhindern kann.

Im obigen Testaufbau werden zwei prismatische 62-Ah-Zellen (CATL) in einer Vorrichtung zusammengedrückt, um den Zellflächendruck aufrechtzuerhalten. Aspen entwickelt thermische Ausbreitungstests für End-of-Life-Drücke (EOL), also 2.35 mm PyroThin lag bei etwa 50 % Dehnung. Ein 160-W-Heizkissen löst einen thermischen Durchbruch der Zelle aus.

Interessanterweise sinkt der Druck, wenn die Zelle entlüftet wird, und PyroThin kann sich zwischen den Zellen leicht ausdehnen. Im Laufe von 30 Minuten erreicht die benachbarte Zelle nach 130 Minuten eine Spitzentemperatur von 5 °C, gerät jedoch nicht in einen thermischen Durchbruch. Es ist wichtig zu beachten, dass diese Minimodulkonfiguration die leitfähigen Pfade von sekundären Pfaden in einer tatsächlichen Packkonfiguration isoliert. Diese Tests zeigen jedoch, dass das thermische Durchgehen auf der Ebene von Zelle zu Zelle gestoppt werden kann. Ingenieure können ihre Aufmerksamkeit nun auf die anderen Mechanismen und deren Isolierung richten und schließlich an einem sich nicht ausbreitenden Design arbeiten.

PyroThin Wärmebarrieren sind eine bewährte Lösung, sowohl im Labor als auch unterwegs. Aspen Aerogels wurde zum Gewinner des Overdrive Award gekürt für Launch Excellence im Rahmen der 30. Auszeichnung „Supplier of the Year“ von General Motors. PyroThinDie Technologie von GM und die agile technische Unterstützung von Aspen spielten eine entscheidende Rolle bei der thermischen Ausbreitungsstrategie von GM für ihre Ultium-Batterieplattform.