Jangan hanya menunda penyebaran panas antar sel, tapi hentikan.

Insinyur baterai menghadapi tantangan berat dalam memaksimalkan perlindungan termal sekaligus mengoptimalkan kinerja kendaraan. Tugas ini menjadi semakin penting karena desain sel-ke-kemasan dan sel-ke-sasis semakin populer karena produsen kehilangan perlindungan tambahan yang dapat dibangun dalam desain berbasis modul. Meskipun bahan kimia baru seperti LFP dan solid-state dipasarkan sebagai alternatif yang lebih aman dibandingkan NMC, masih terdapat risiko penyebaran termal.

Keselamatan merupakan tantangan besar yang harus diatasi oleh produsen otomotif untuk mendorong penggunaan kendaraan listrik bertenaga baterai secara luas. Tiongkok (GB38031) dan Perserikatan Bangsa-Bangsa (ECE/TRANS/180/Add.20) telah menetapkan tolok ukur saat ini untuk mengendalikan propagasi termal dengan peraturan penundaan 5 menit. Dengan semakin dekatnya paket baterai dengan jangkauan dan daya yang lebih tinggi, OEM harus mempersiapkan diri untuk peraturan berikutnya yang mungkin akan memakan waktu lebih lama (misalnya, 10, 20, 30 menit) hingga pada akhirnya, diperlukan sistem non-propagasi yang andal.

Ada beberapa jalur bagi panas untuk berpindah dari sel dalam pelarian termal ke sel tetangganya. Yang paling jelas adalah konduksi sel ke sel. Elemen lain yang perlu dipertimbangkan ketika mengembangkan strategi mitigasi perambatan termal mencakup pengelolaan gas, jalur konduktif sekunder (pelat pendingin tidak aktif, bus bar, dll.), dan pendinginan aktif (jika mekanisme masih berfungsi setelah skenario tabrakan.) Sel-ke- penghalang sel adalah garis pertahanan pertama ketika mencoba mengendalikan perambatan termal.

Penghalang Sel-ke-Sel Harus Mengatur Energi Mekanik dan Termal

Dalam aplikasi kantong dan sel prismatik, penghalang sel ke sel memainkan dua peran:

1. Mekanis

Penghalang sel-ke-sel harus bertindak sebagai bantalan kompresi dan menyerap pergerakan sel seiring bertambahnya usia, serta selama siklus pengisian dan pengosongan. Selama siklus ini, sel-sel mengembang dan berkontraksi seperti paru-paru yang menarik dan mengeluarkan napas. Secara historis, peran ini diisi oleh busa poliuretan atau busa silikon, namun suhu pemaparan maksimumnya mencapai puncaknya pada sekitar 100 hingga 300°C. Ini lebih baik daripada tidak sama sekali, tetapi biasanya tidak memenuhi peraturan penundaan 5 menit.

2. Termal

Pekerjaan kedua yang dilakukan oleh penghalang sel-ke-sel adalah penghalang api. Mereka harus memberikan ketahanan termal yang luar biasa – saat dikompresi – pada suhu 1000°C atau lebih tinggi. Bahan seperti logam dan lembaran mika memiliki kinerja termal yang baik tetapi terbatas dalam menyerap energi mekanik.

Aerogel adalah salah satu dari sedikit bahan yang dapat bekerja dengan baik di kedua kategori tersebut. Selama beberapa dekade, aerogel terkenal sebagai isolator padat paling ringan dan berperforma tertinggi di dunia, namun sulit dibuat dalam skala besar dan terlalu rapuh untuk aplikasi praktis. Aspen Aerogels bermitra dengan NASA untuk mengembangkan dan mengkomersialkan selimut aerogel fleksibel pertama. Setelah lebih dari 20 tahun terbukti sukses sebagai insulasi termal, insulasi akustik, dan proteksi kebakaran pasif dalam aplikasi industri, Aspen direkayasa PyroThin, penghalang termal yang sangat tipis dan ringan untuk aplikasi EV. PyroThin penghalang termal dapat melakukan fungsi mekanis sebagai bantalan kompresi dan peran termal sebagai penghalang api.

OEM otomotif global memilih PyroThin sebagai bagian dari strategi mitigasi perambatan termal karena PyroThin...

Tahan Suhu hingga 1400°C

Aspen Aerogel dikembangkan PyroThin dengan pemahaman bahwa tidak ada solusi universal untuk penghalang sel-ke-sel. Kimia sel yang berbeda terbakar pada suhu yang berbeda-beda, dan terbakar dalam keadaan panas. PyroThin penghalang termal adalah platform yang dapat disesuaikan di mana bahan kimia aerogel dan penguatan serat dapat disesuaikan dengan kebutuhan aplikasi.

Bertindak sebagai Bantalan Kompresi yang Kenyal dan Tangguh

PyroThin memanfaatkan nanoporositas rekayasa silika aerogel untuk menghasilkan kinerja termal dan mekanis terdepan di kelasnya dalam format yang ringan. Selama proses pengawetan aerogel, rantai polimer silika panjang terbentuk, dan mereka bertindak bersama sebagai miliaran pegas nano elastis. Selimut aerogel fleksibel memiliki pori-pori 10,000x lebih kecil dibandingkan bahan isolasi lainnya. Pada besaran ini, fisika berubah total. PyroThin memiliki konduktivitas termal yang lebih rendah dibandingkan udara diam, sehingga ketika dikompresi, konduktivitas termal justru meningkat.

Ketahanan Termal, Bahkan Saat Dikompresi

Aerogel memiliki konduktivitas termal terendah dibandingkan material apa pun di Bumi. Berbeda dengan isolasi tradisional, aerogel tidak bergantung pada udara yang terperangkap. Kapan PyroThin dikompresi, udara yang memiliki konduktivitas termal lebih rendah atau lebih buruk daripada aerogel akan diperas. Hal ini berarti penghalang sel-ke-sel lebih tipis, lebih banyak sel dalam modul, paket lebih ringan, dan jangkauan lebih luas.

PyroThin Penghalang Termal Tingkat Lanjut Menunjukkan Janji untuk Masa Depan yang Tidak Menyebar

Selain OEM otomotif yang tunduk PyroThin untuk pengujian di dunia nyata, Aspen Aerogels telah mengembangkan serangkaian pengujian modul mini. Dua sel – sel pemicu dan sel yang berdekatan – memiliki a PyroThin penghalang termal di antara mereka untuk melihat apakah itu dapat mencegah perambatan termal dari satu sel ke sel lainnya.

Dalam pengaturan pengujian di atas, dua sel prismatik 62 Ah (CATL) dikompresi di dalam jig untuk mempertahankan tekanan permukaan sel. Aspen merancang uji propagasi termal untuk tekanan akhir masa pakai (EOL), sehingga 2.35 mm PyroThin berada pada ketegangan sekitar 50%. Bantalan pemanas 160W memicu sel menjadi pelarian termal.

Menariknya, ketika sel mengeluarkan udara, tekanannya turun, dan PyroThin dapat sedikit melebar antar sel. Selama 30 menit, sel yang berdekatan mencapai suhu puncak 130°C dalam waktu 5 menit tetapi tidak mengalami pelarian termal. Penting untuk dicatat bahwa konfigurasi modul mini ini mengisolasi jalur konduktif dari jalur sekunder dalam konfigurasi paket sebenarnya. Namun, pengujian ini menunjukkan bahwa pelepasan panas dapat dihentikan pada tingkat sel ke sel. Para insinyur sekarang dapat mengalihkan perhatian mereka ke mekanisme lain dan cara mengisolasinya, yang pada akhirnya mengarah pada desain non-propagasi.

PyroThin penghalang termal adalah solusi yang terbukti, baik di laboratorium maupun di jalan. Aspen Aerogels dinobatkan sebagai Pemenang Penghargaan Overdrive untuk Launch Excellence, sebagai bagian dari Penghargaan Pemasok Terbaik Tahun Ini yang ke-30 dari General Motors. PyroThinTeknologi GM dan dukungan teknik tangkas Aspen memainkan peran penting dalam strategi propagasi termal GM untuk platform baterai Ultium mereka.