No se limite a retrasar la propagación térmica de una célula a otra, deténgala.

Los ingenieros de baterías se enfrentan al enorme desafío de maximizar la protección térmica contra fugas y al mismo tiempo optimizar el rendimiento del vehículo. Esta tarea se vuelve aún más crítica a medida que los diseños de celda a paquete y de celda a chasis aumentan en popularidad porque los fabricantes pierden la protección adicional que se puede incorporar en un diseño basado en módulos. Aunque las sustancias químicas más nuevas, como la LFP y el estado sólido, se comercializan como alternativas más seguras al NMC, todavía existe el riesgo de propagación térmica.

La seguridad es un obstáculo importante que los fabricantes de automóviles deben superar para fomentar la adopción generalizada de vehículos eléctricos con batería. China (GB38031) y las Naciones Unidas (ECE/TRANS/180/Add.20) han establecido el punto de referencia actual para controlar la propagación térmica con sus regulaciones de retardo de 5 minutos. Con paquetes de baterías de mayor alcance y mayor potencia en el horizonte cercano, los OEM deben prepararse para regulaciones posteriores que probablemente serán más largas (por ejemplo, 10, 20, 30 minutos) hasta que eventualmente se requieran sistemas confiables que no se propaguen.

Existen múltiples vías para que el calor se transfiera desde una celda en fuga térmica a sus vecinas. La más obvia es la conducción de célula a célula. Otros elementos a considerar al desarrollar una estrategia de mitigación de la propagación térmica incluyen la gestión del gas, vías conductoras secundarias (placa de enfriamiento inactiva, barra colectora, etc.) y enfriamiento activo (si el mecanismo aún funciona después de un escenario de choque). Las barreras celulares son la primera línea de defensa cuando se intenta controlar la propagación térmica.

Las barreras de celda a celda deben gestionar la energía mecánica y térmica

En aplicaciones de bolsas y células prismáticas, una barrera de célula a célula desempeña dos funciones:

1 Mecánico

Las barreras entre células deben actuar como una almohadilla de compresión y absorber el movimiento de las células a medida que se hinchan con la edad, así como durante los ciclos de carga y descarga. Durante estos ciclos, las células se expanden y contraen como pulmones que aspiran y expulsan el aire. Históricamente, esta función la desempeñan las espumas de poliuretano o las espumas de silicona, pero sus temperaturas máximas de exposición alcanzan un máximo de aproximadamente 100 a 300 °C. Son mejores que nada, pero normalmente no cumplen con las normas de retraso de 5 minutos.

2. Térmica

El segundo trabajo que cumplen las barreras de celda a celda es una barrera contra incendios. Deben proporcionar una resistencia térmica excepcional (mientras están comprimidos) a temperaturas de 1000 °C o superiores. Materiales como los metales y las láminas de mica tienen un buen rendimiento térmico, pero tienen limitaciones a la hora de absorber energía mecánica.

Aerogel es uno de los pocos materiales que puede funcionar bien en ambas categorías. Durante décadas, el aerogel fue conocido por ser el aislante sólido más liviano y de mayor rendimiento del mundo, pero era difícil de fabricar a escala y demasiado frágil para aplicaciones prácticas. Aspen Aerogels se asoció con la NASA para desarrollar y comercializar la primera manta de aerogel flexible. Después de más de 20 años de éxito comprobado como aislamiento térmico, aislamiento acústico y protección pasiva contra incendios en aplicaciones industriales, Aspen diseñado PyroThin, una barrera térmica ultrafina y ligera para aplicaciones de vehículos eléctricos. PyroThin Las barreras térmicas pueden realizar la función mecánica de una almohadilla de compresión y la función térmica de una barrera contra incendios.

Los OEM automotrices globales eligen PyroThin como parte de su estrategia de mitigación de la propagación térmica porque PyroThin...

Soporta temperaturas de hasta 1400°C.

Aspen Aerogels desarrollado PyroThin en el entendido de que no existe una solución única para la barrera entre células. Diferentes químicas celulares arden a distintas temperaturas y arden calientes. PyroThin Las barreras térmicas son una plataforma ajustable donde la química del aerogel y el refuerzo de fibra se pueden ajustar según los requisitos de una aplicación.

Actúa como una almohadilla de compresión elástica y resistente.

PyroThin Aprovecha la nanoporosidad diseñada del aerogel de sílice para ofrecer un rendimiento térmico y mecánico líder en su clase en un formato liviano. Durante el proceso de curado del aerogel, se forman largas cadenas de polímero de sílice que actúan juntas como miles de millones de nanoresortes elásticos. Una manta de aerogel flexible tiene poros que son 10,000 veces más pequeños que cualquier otro material aislante. A esta magnitud, la física cambia por completo. PyroThin tiene una conductividad térmica más baja que el aire en calma, por lo que cuando se comprime, la conductividad térmica realmente mejora.

Resistencia térmica, incluso cuando está comprimido

El aerogel tiene la conductividad térmica más baja de cualquier material en la Tierra. A diferencia de los aislamientos tradicionales, el aerogel no depende del aire atrapado. Cuando PyroThin Al comprimirse, se expulsa el aire que tiene una conductividad térmica menor o peor que la del aerogel. Esto significa barreras más delgadas entre celdas, más celdas dentro de los módulos, paquetes más livianos y mayor alcance.

PyroThin Las barreras térmicas avanzadas son prometedoras para un futuro sin propagación

Además de los OEM automotrices sujetos PyroThin Para pruebas en el mundo real, Aspen Aerogels ha desarrollado una serie de pruebas de minimódulos. Dos células (una célula desencadenante y una célula adyacente) tienen una PyroThin barrera térmica entre ellos para ver si puede evitar la propagación térmica de una celda a otra.

En la configuración de prueba anterior, dos celdas prismáticas (CATL) de 62 Ah se comprimen dentro de una plantilla para mantener la presión frontal de la celda. Aspen diseña pruebas de propagación térmica para presiones de fin de vida útil (EOL), por lo que los 2.35 mm PyroThin estaba aproximadamente al 50% de tensión. Una almohadilla térmica de 160 W provoca que la celda se descontrole térmicamente.

Curiosamente, cuando la celda se ventila, la presión cae y PyroThin puede expandirse ligeramente entre las células. En el transcurso de 30 minutos, la celda adyacente alcanza una temperatura máxima de 130 °C en la marca de 5 minutos, pero no entra en un descontrol térmico. Es importante señalar que esta configuración de minimódulo aísla las vías conductoras de las vías secundarias en una configuración de paquete real. Sin embargo, esta prueba muestra que la fuga térmica se puede detener a nivel de celda a celda. Los ingenieros ahora pueden centrar su atención en los otros mecanismos y en cómo aislarlos, para eventualmente avanzar hacia un diseño que no se propague.

PyroThin Las barreras térmicas son una solución probada, tanto en entornos de laboratorio como en la carretera. Aspen Aerogels fue nombrado ganador del premio Overdrive por Excelencia en Lanzamiento, como parte del 30º Premio Proveedor del Año de General Motors. PyroThinLa tecnología de GM y el ágil soporte de ingeniería de Aspen jugaron un papel crucial en la estrategia de propagación térmica de GM para su plataforma de baterías Ultium.