Non limitarti a ritardare la propagazione termica da cellula a cellula, fermala.

Gli ingegneri delle batterie devono affrontare l'ardua sfida di massimizzare la protezione contro l'instabilità termica ottimizzando al tempo stesso le prestazioni del veicolo. Questo compito diventa ancora più critico man mano che i progetti cella-pacchetto e cella-telaio aumentano di popolarità perché i produttori perdono la protezione aggiuntiva che può essere incorporata in un progetto basato su moduli. Sebbene i prodotti chimici più recenti come LFP e lo stato solido siano commercializzati come alternative più sicure all’NMC, esiste ancora il rischio di propagazione termica.

La sicurezza è un ostacolo significativo che i produttori automobilistici devono superare per incoraggiare l’adozione diffusa di veicoli elettrici a batteria. La Cina (GB38031) e le Nazioni Unite (ECE/TRANS/180/Add.20) hanno stabilito l'attuale punto di riferimento per il controllo della propagazione termica con le loro normative sul ritardo di 5 minuti. Con i pacchi batteria di maggiore autonomia e potenza nel prossimo orizzonte, gli OEM dovrebbero prepararsi per le normative successive che probabilmente diventeranno più lunghe (ad esempio 10, 20, 30 minuti) fino a quando non saranno necessari sistemi affidabili non propaganti.

Esistono molteplici percorsi attraverso i quali il calore può essere trasferito da una cella in fuga termica alle celle vicine. La più ovvia è la conduzione da cellula a cellula. Altri elementi da considerare quando si sviluppa una strategia di mitigazione della propagazione termica includono la gestione del gas, i percorsi conduttivi secondari (piastra di raffreddamento inattiva, barra collettrice, ecc.) e il raffreddamento attivo (se il meccanismo è ancora funzionante dopo uno scenario di incidente). le barriere cellulari sono la prima linea di difesa quando si cerca di controllare la propagazione termica.

Le barriere cellula-cellula devono gestire l’energia meccanica e termica

Nelle applicazioni con celle prismatiche e con sacche, una barriera cellula-cellula svolge due ruoli:

1. Meccanico

Le barriere cellula-cellula devono agire come un cuscinetto di compressione e assorbire il movimento delle cellule man mano che si gonfiano con l’età, nonché durante i cicli di carica e scarica. Durante questi cicli, le cellule si espandono e si contraggono come i polmoni che aspirano ed espellono il respiro. Storicamente, questo ruolo è ricoperto dalle schiume poliuretaniche o dalle schiume siliconiche, ma le loro temperature massime di esposizione raggiungono un picco compreso tra 100 e 300°C. Sono meglio di niente, ma di solito non rispettano le normative sui ritardi di 5 minuti.

2. Termico

Il secondo lavoro svolto dalle barriere cellula-cellula è una barriera antincendio. Devono fornire un'eccezionale resistenza termica – mentre sono compressi – a temperature di 1000°C o superiori. Materiali come metalli e fogli di mica hanno buone prestazioni termiche ma sono limitati quando si tratta di assorbire energia meccanica.

L'aerogel è uno dei pochi materiali che può funzionare bene in entrambe le categorie. Per decenni, l’aerogel è stato rinomato per essere l’isolante solido più leggero e dalle prestazioni più elevate al mondo, ma era difficile da realizzare su larga scala ed era troppo fragile per le applicazioni pratiche. Aspen Aerogels ha collaborato con la NASA per sviluppare e commercializzare la prima coperta flessibile in aerogel. Dopo oltre 20 anni di comprovato successo come isolamento termico, isolamento acustico e protezione passiva dal fuoco in applicazioni industriali, Progettato da Aspen PyroThin, una barriera termica ultrasottile e leggera per applicazioni EV. PyroThin le barriere termiche possono svolgere la funzione meccanica di un cuscinetto di compressione e il ruolo termico di una barriera tagliafuoco.

Gli OEM automobilistici globali scelgono PyroThin come parte della loro strategia di mitigazione della propagazione termica perché PyroThin...

Resiste a temperature fino a 1400°C

Sviluppati gli Aspen Aerogel PyroThin con la consapevolezza che non esiste una soluzione valida per tutti per la barriera cellula-cellula. Differenti caratteristiche chimiche cellulari bruciano a varie temperature e bruciano a temperature elevate. PyroThin le barriere termiche sono una piattaforma sintonizzabile in cui la chimica dell'aerogel e il rinforzo delle fibre possono essere adattati ai requisiti di un'applicazione.

Agisce come un cuscinetto di compressione elastico e resiliente

PyroThin sfrutta la nanoporosità ingegnerizzata dell'aerogel di silice per offrire prestazioni termiche e meccaniche leader della categoria in un formato leggero. Durante il processo di polimerizzazione dell’aerogel si formano lunghe catene di polimeri di silice che agiscono insieme come miliardi di nano-molle elastiche. Una coperta flessibile in aerogel ha pori 10,000 volte più piccoli di qualsiasi altro materiale isolante. A questa portata, la fisica cambia completamente. PyroThin ha una conducibilità termica inferiore a quella dell'aria ferma, quindi quando viene compressa la conducibilità termica migliora effettivamente.

Resistenza termica, anche se compressa

L'aerogel ha la conduttività termica più bassa di qualsiasi materiale sulla Terra. A differenza degli isolamenti tradizionali, l’aerogel non si basa sull’aria intrappolata. Quando PyroThin viene compresso, l'aria che ha una conduttività termica inferiore o peggiore dell'aerogel viene espulsa. Ciò significa barriere cellula-cellula più sottili, più celle all’interno dei moduli, pacchi più leggeri e portata maggiore.

PyroThin Le barriere termiche avanzate mostrano la promessa per un futuro senza propagazione

Oltre alla sottomissione degli OEM automobilistici PyroThin ai test nel mondo reale, Aspen Aerogels ha sviluppato una serie di test su mini-moduli. Due celle – una cella di attivazione e una cella adiacente – hanno a PyroThin barriera termica tra di loro per vedere se può impedire la propagazione termica da una cella all'altra.

Nella configurazione di test sopra riportata, due celle prismatiche da 62 Ah (CATL) vengono compresse all'interno di una maschera per mantenere la pressione frontale della cella. Aspen progetta test di propagazione termica per le pressioni di fine vita (EOL), quindi il 2.35 mm PyroThin era a circa il 50% di sforzo. Un cuscinetto riscaldante da 160 W innesca la fuga termica della cella.

È interessante notare che quando la cella si sfiata, la pressione diminuisce e PyroThin può espandersi leggermente tra le celle. Nel corso di 30 minuti, la cella adiacente raggiunge una temperatura massima di 130°C allo scadere dei 5 minuti, ma non va in fuga termica. È importante notare che questa configurazione mini-modulo isola i percorsi conduttivi dai percorsi secondari in una configurazione effettiva del pacco. Tuttavia, questi test dimostrano che la fuga termica può essere fermata a livello cellula-cellula. Gli ingegneri possono ora spostare la loro attenzione sugli altri meccanismi e su come isolarli, lavorando infine verso una progettazione che non si propaghi.

PyroThin le barriere termiche sono una soluzione collaudata, sia in ambienti di laboratorio che su strada. Aspen Aerogels è stato nominato vincitore del premio Overdrive per Launch Excellence, nell'ambito del 30° premio Fornitore dell'anno di General Motors. PyroThinLa tecnologia di GM e l’agile supporto tecnico di Aspen hanno svolto un ruolo cruciale nella strategia di propagazione termica di GM per la piattaforma di batterie Ultium.