Não apenas atrase a propagação térmica célula a célula, interrompa-a.

Os engenheiros de baterias enfrentam o enorme desafio de maximizar a proteção contra fugas térmicas e, ao mesmo tempo, otimizar o desempenho do veículo. Essa tarefa se torna ainda mais crítica à medida que os projetos célula-a-pacote e célula-chassis aumentam em popularidade porque os fabricantes perdem a proteção adicional que pode ser incorporada em um projeto baseado em módulo. Embora produtos químicos mais recentes, como LFP e estado sólido, sejam comercializados como alternativas mais seguras ao NMC, ainda existe o risco de propagação térmica.

A segurança é um obstáculo significativo que os fabricantes automóveis devem superar para incentivar a adoção generalizada de veículos elétricos a bateria. A China (GB38031) e as Nações Unidas (ECE/TRANS/180/Add.20) estabeleceram a referência atual para controlar a propagação térmica com os seus regulamentos de atraso de 5 minutos. Com baterias de maior alcance e maior potência no horizonte próximo, os OEMs devem se preparar para regulamentações subsequentes que provavelmente serão mais longas (por exemplo, 10, 20, 30 minutos) até que, eventualmente, sistemas confiáveis ​​e sem propagação sejam necessários.

Existem vários caminhos para a transferência de calor de uma célula em fuga térmica para seus vizinhos. A mais óbvia é a condução célula a célula. Outros elementos a serem considerados ao desenvolver uma estratégia de mitigação de propagação térmica incluem gerenciamento de gás, caminhos condutores secundários (placa de resfriamento inativa, barramento, etc.) e resfriamento ativo (se o mecanismo ainda estiver funcional após um cenário de colisão). as barreiras celulares são a primeira linha de defesa ao tentar controlar a propagação térmica.

Barreiras célula a célula devem gerenciar energia mecânica e térmica

Em aplicações de bolsas e células prismáticas, uma barreira célula a célula desempenha duas funções:

1. Mecânico

As barreiras célula a célula devem atuar como uma almofada de compressão e absorver o movimento das células à medida que incham com a idade, bem como durante os ciclos de carga e descarga. Durante esses ciclos, as células se expandem e contraem como os pulmões inspirando e expelindo. Historicamente, esse papel é preenchido por espumas de poliuretano ou espumas de silicone, mas suas temperaturas máximas de exposição atingem o pico em cerca de 100 a 300°C. Eles são melhores do que nada, mas geralmente não atendem aos regulamentos de atraso de 5 minutos.

2. Térmico

A segunda função que as barreiras célula a célula cumprem é uma barreira contra fogo. Eles devem fornecer resistência térmica excepcional – enquanto comprimidos – em temperaturas de 1000°C ou superiores. Materiais como metais e folhas de mica apresentam bom desempenho térmico, mas são limitados no que diz respeito à absorção de energia mecânica.

O aerogel é um dos poucos materiais que apresenta bom desempenho em ambas as categorias. Durante décadas, o aerogel foi conhecido por ser o isolante sólido mais leve e de melhor desempenho do mundo, mas era difícil de produzir em escala e era muito frágil para aplicações práticas. A Aspen Aerogels fez parceria com a NASA para desenvolver e comercializar a primeira manta flexível de aerogel. Após mais de 20 anos de sucesso comprovado como isolamento térmico, isolamento acústico e proteção passiva contra incêndio em aplicações industriais, Aspen projetado PyroThin, uma barreira térmica ultrafina e leve para aplicações EV. PyroThin as barreiras térmicas podem desempenhar a função mecânica de uma almofada de compressão e a função térmica de uma barreira contra fogo.

OEMs automotivos globais escolhem PyroThin como parte de sua estratégia de mitigação de propagação térmica porque PyroThin...

Suporta temperaturas de até 1400°C

Aerogéis Aspen desenvolvidos PyroThin com o entendimento de que não existe uma solução única para a barreira célula a célula. Diferentes químicas celulares queimam em várias temperaturas e queimam a quente. PyroThin as barreiras térmicas são uma plataforma ajustável onde a química do aerogel e o reforço de fibra podem ser ajustados para os requisitos de uma aplicação.

Atua como uma almofada de compressão elástica e resiliente

PyroThin aproveita a nanoporosidade projetada do aerogel de sílica para oferecer desempenho térmico e mecânico líder de classe em um formato leve. Durante o processo de cura do aerogel, longas cadeias de polímero de sílica são formadas e atuam juntas como bilhões de nano-molas elásticas. Uma manta de aerogel flexível possui poros 10,000 vezes menores do que qualquer outro material de isolamento. Nessa magnitude, a física muda completamente. PyroThin tem uma condutividade térmica inferior à do ar parado; portanto, quando é comprimido, a condutividade térmica realmente melhora.

Resistência térmica, mesmo quando comprimido

O aerogel tem a menor condutividade térmica de qualquer material na Terra. Ao contrário dos isolamentos tradicionais, o aerogel não depende do ar aprisionado. Quando PyroThin é comprimido, o ar que tem uma condutividade térmica menor ou pior que a do aerogel é expelido. Isso significa barreiras célula a célula mais finas, mais células dentro dos módulos, embalagens mais leves e maior alcance.

PyroThin Barreiras térmicas avançadas mostram promessa para um futuro sem propagação

Além de OEMs automotivos submeterem PyroThin para testes do mundo real, a Aspen Aerogels desenvolveu uma série de testes de minimódulos. Duas células – uma célula-gatilho e uma célula adjacente – têm um PyroThin barreira térmica entre eles para ver se isso pode impedir a propagação térmica de uma célula para outra.

Na configuração de teste acima, duas células prismáticas de 62 Ah (CATL) são comprimidas dentro de um gabarito para manter a pressão na face da célula. A Aspen projeta testes de propagação térmica para pressões de fim de vida útil (EOL), portanto o 2.35 mm PyroThin estava com cerca de 50% de tensão. Uma almofada de aquecimento de 160 W aciona a fuga térmica da célula.

Curiosamente, quando a célula é ventilada, a pressão cai e PyroThin pode se expandir ligeiramente entre as células. Ao longo de 30 minutos, a célula adjacente atinge um pico de temperatura de 130°C na marca de 5 minutos, mas não entra em fuga térmica. É importante notar que esta configuração de minimódulo isola as vias condutoras das vias secundárias em uma configuração de pacote real. No entanto, este teste mostra que a fuga térmica pode ser interrompida no nível célula a célula. Os engenheiros agora podem desviar sua atenção para outros mecanismos e como isolá-los, eventualmente trabalhando em direção a um projeto sem propagação.

PyroThin as barreiras térmicas são uma solução comprovada, tanto em laboratório como na estrada. Aspen Aerogels foi nomeada vencedora do prêmio Overdrive por Excelência em Lançamento, como parte do 30º Prêmio Fornecedor do Ano da General Motors. PyroThinA tecnologia da GM e o suporte ágil de engenharia da Aspen desempenharam um papel crucial na estratégia de propagação térmica da GM para sua plataforma de bateria Ultium.