Elektrisõidukite ohutuse suurendamine: aerogeeli isolatsioonimaterjalide roll

Seoses valitsuse kasvava ülemaailmse toetusega uute energiasõidukite väljatöötamisel on elektrisõidukite tootmine ja müük kiiresti kasvanud, mis on viinud kiirenenud industrialiseerimiseni. Siiski on elektrisõidukite puhul endiselt oluline ohutusprobleem, eriti nende toiteallikana kasutatavate liitiumioonakude puhul. Ülelaadimine võib põhjustada kõrgeid temperatuure, mille tulemuseks on tulekahjud ja plahvatused. Selle probleemi lahendamiseks on aerogeelist isolatsioonimaterjalid kujunenud tõhusaks lahenduseks elektrisõidukite ohutuse suurendamiseks.

Airgel isolatsioonimaterjalide eelised:

Aerogeelid pakuvad mitmeid olulisi eeliseid, sealhulgas madal soojusjuhtivus, suurepärane isolatsioonivõime ja mittesüttivus. Võrreldes traditsiooniliste isolatsioonimaterjalidega, tagavad aerogeelid sama isolatsioonitõhususe, vaid 1/5 kuni 1/3 paksusest. See ruumisäästlik omadus on eriti oluline toiteakude jaoks, kuna see võimaldab paremat soojusjuhtimist ja -haldust, paremat jõudlust ja stabiilsemat temperatuuri. Aerogeelist isolatsioonimaterjalid toimivad isolatsiooni- ja tulekindlate barjääritena, pakkudes kasutajatele ja reisijatele lisaaega tulekahjude evakueerimiseks ja kustutamiseks.

Aerogeeli isolatsioonimaterjalide rakendused elektrisõidukites:

Airgeel-isolatsioonimaterjalid leiavad rakendust uute energiasõidukite eri aspektides, nagu isolatsioon ja leegiaeglustus akuelementide vahel, isolatsioon ja löögisummutus moodulite ja korpuste vahel, akukarpide välised külmakaitsekihid ja kõrge temperatuuriga isolatsioonikihid. Keskendume toiteakude jaoks kasutatavatele aerogeel-isolatsioonipadjadele ja uurime nende peamisi jõudlusnäitajaid.

Airgel isolatsioonipatjade jõudlusnõuded:

Vastavalt T/CSTM 00193-2020 grupi standardile liitium-ioonakudes kasutatavate aerogeel-isolatsioonipadjandite jaoks on peamised jõudlusnõuded järgmised:

1. Massi kõrvalekalde määr: ei tohiks ületada 15%.

2. Soojusisolatsiooni jõudlus: proovi pikkuse ja laiuse mõõtmete kokkutõmbumine enne ja pärast katset ei tohiks ületada 3%. Proovi külma külje temperatuur ei tohi 5 minuti jooksul pärast katset ületada 180 °C.

3. Vertikaalne põlemine: peaks vastama GB/T 2408 sätestatud V0 taseme nõuetele.

4. Surveaste: ei tohiks olla alla 35% rõhul 2 MPa.

5. Tõmbetugevus: ei tohi olla alla 500 kPa nii pikkuse kui laiuse suunas.

6. Isolatsiooni jõudlus: pinna soojustakistus peab olema suurem kui 500 MΩ ja lekkevool peab olema väiksem kui 1 mA.

7. Piiratud ained: peaksid vastama direktiivi 2011/65/EL nõuetele.

8. Vananemiskindlus: pärast vananemist ei tohiks tõmbetugevuse nõrgenemise määr ületada 30% ning pikkuse ja laiuse mõõtmete varieeruvus peaks olema väiksem kui 1%. Soojusisolatsiooni omadused peaksid vastama tabelis esitatud nõuetele.

Võrdlus traditsiooniliste isolatsioonimaterjalidega:

Tavaliselt kasutatavad toiteakude isolatsioonimaterjalid on vaht, vahtplast, ülipeen klaasvill, kõrge ränidioksiidisisaldusega puuvill, vaakumisolatsioonipaneelid ja ränidioksiidi aerogeel. Võrreldes traditsiooniliste isolatsioonipatjadega pakuvad aerogeelist isolatsioonipadjad selliseid eeliseid nagu leegiaeglustus, vastupidavus kõrgele temperatuurile, madal soojusjuhtivus, mürgiste gaaside puudumine, veekindlus, niiskuskindlus, löögikindlus, kerge kaal, odav ja õhuke paksus.

Airgel isolatsioonimaterjalide tähtsus:

Liitium-ioonaku moodulites kasutamisel blokeerib aerogeel-isolatsioonipatjade madal soojusjuhtivus tõhusalt kiirel laadimisel ja tühjenemisel tekkiva soojuse kiire difusiooni. Soojuspõlemise korral tagavad aerogeelist isolatsioonipadjad soojusisolatsiooni, lükates edasi või vältides õnnetusi. Kui akuelemendid kuumenevad üle ja süttivad, võivad aerogeelist isolatsioonipadjad oma mittesüttivate omadustega (vastavad A1 taseme nõuetele) tõhusalt blokeerida või aeglustada tule levikut. See tagab, et aku jääb süttimis- ja plahvatusohtlikuks vähemalt 5 minutiks, jättes piisavalt aega evakueerimiseks. Seega on aerogeelist isolatsioonipadjadel ülioluline roll uute energiasõidukite akupatareide turvalisuse suurendamisel.

Järeldus:

Vaatamata kõrgematele kuludele kaalub aerogeelist isolatsioonimaterjalide kõrgem ohutus teiste traditsiooniliste isolatsioonimaterjalide oma. Neid peetakse optimaalseks valikuks toiteakude isolatsiooni ja leegiaeglustavate materjalide jaoks. Kuna ohutuse tähtsus uutes energiasõidukites jätkuvalt kasvab, on aerogeeli isolatsioonimaterjalide kasutamine, eriti elektribussides ja kõrgemate ohutusnõuetega kõrgetasemelistes uutes energiaautodes, kahtlemata eelistatud valik. Ekspertide hinnangul moodustab uute energiasõidukite ülemaailmne müük 2025. aastaks kolmandiku sõidukite kogumüügist, mis näitab aerogeelide paljulubavat tulevikku. Kuna aerogeelimaterjalide tootmisskaala küpseb ja laieneb, siis hinnad eeldatavasti langevad, mis suurendab turule tungimist ja kasutamist uute energiasõidukite tööstuses.