Migliorare la sicurezza dei veicoli elettrici: il ruolo dei materiali isolanti in aerogel

Con il crescente sostegno globale dei governi allo sviluppo di nuovi veicoli energetici, la produzione e la vendita di veicoli elettrici hanno registrato una rapida crescita, portando ad un’industrializzazione accelerata. Tuttavia, la fuga termica rimane un problema significativo per la sicurezza dei veicoli elettrici, soprattutto per quanto riguarda le batterie agli ioni di litio utilizzate come fonte di energia. Il sovraccarico può portare a temperature elevate, con conseguenti incendi ed esplosioni. Per affrontare questo problema, i materiali isolanti in aerogel sono emersi come una soluzione efficace per migliorare la sicurezza dei veicoli elettrici.

Vantaggi dei materiali isolanti Aerogel:

Gli aerogel offrono numerosi vantaggi chiave, tra cui bassa conduttività termica, eccellenti prestazioni di isolamento e non combustibilità. Rispetto ai materiali isolanti tradizionali, gli aerogel forniscono lo stesso livello di efficacia isolante con solo da 1/5 a 1/3 dello spessore. Questa caratteristica salvaspazio è particolarmente cruciale per le batterie di alimentazione poiché consente un migliore controllo e gestione termica, prestazioni migliorate e temperature più stabili. I materiali isolanti Aerogel fungono da barriere isolanti e resistenti al fuoco, offrendo agli utenti e ai passeggeri tempo aggiuntivo per evacuare ed estinguere gli incendi.

Applicazioni dei materiali isolanti Aerogel nei veicoli elettrici:

I materiali isolanti Aerogel trovano applicazione in vari aspetti dei veicoli a nuova energia, come isolamento e proprietà ritardanti di fiamma tra le celle della batteria, isolamento e assorbimento degli urti tra moduli e involucri, strati esterni di protezione dal freddo per scatole batteria e strati isolanti per alte temperature. Concentriamoci sui cuscinetti isolanti in aerogel utilizzati per le batterie di alimentazione ed esaminiamo i loro indicatori chiave di prestazione.

Requisiti prestazionali per i cuscinetti isolanti in aerogel:

Secondo lo standard del gruppo T/CSTM 00193-2020 per i cuscinetti isolanti in aerogel utilizzati nelle batterie di alimentazione agli ioni di litio, i principali requisiti prestazionali includono:

1. Tasso di deviazione di massa: non deve superare il 15%.

2. Prestazioni di isolamento termico: il restringimento delle dimensioni di lunghezza e larghezza del campione prima e dopo il test non deve superare il 3%. La temperatura sul lato freddo del campione non deve superare i 180°C entro 5 minuti dal test.

3. Combustione verticale: deve soddisfare i requisiti del livello V0 specificati in GB/T 2408.

4. Rapporto di compressione: non deve essere inferiore al 35% sotto una pressione di 2 MPa.

5. Resistenza alla trazione: non deve essere inferiore a 500 kPa in entrambe le direzioni della lunghezza e della larghezza.

6. Prestazioni di isolamento: la resistenza termica superficiale deve essere maggiore di 500 MΩ e la corrente di dispersione deve essere inferiore a 1 mA.

7. Sostanze soggette a restrizioni: devono essere conformi ai requisiti della Direttiva 2011/65/UE.

8. Resistenza all'invecchiamento: dopo l'invecchiamento, il tasso di attenuazione della resistenza alla trazione non deve superare il 30% e il tasso di variazione delle dimensioni di lunghezza e larghezza deve essere inferiore all'1%. Le prestazioni di isolamento termico devono soddisfare i requisiti specificati nella tabella.

Confronto con i materiali isolanti tradizionali:

I materiali isolanti comunemente utilizzati per le batterie di alimentazione includono schiuma, schiuma plastica, lana di vetro ultrafine, cotone ad alto contenuto di silice, pannelli isolanti sottovuoto e aerogel di silice. Rispetto ai tradizionali cuscinetti isolanti, i cuscinetti isolanti in aerogel offrono vantaggi come ritardo di fiamma, resistenza alle alte temperature, bassa conduttività termica, assenza di generazione di gas tossici, resistenza all'acqua, resistenza all'umidità, resistenza agli urti, leggerezza, basso costo e spessore sottile.

Importanza dei materiali isolanti in aerogel:

Quando applicata nei moduli delle batterie agli ioni di litio, la bassa conduttività termica dei cuscinetti isolanti in aerogel blocca efficacemente la rapida diffusione del calore generato durante la carica e la scarica ad alta velocità. In caso di fuga termica, i cuscinetti isolanti in aerogel forniscono isolamento termico, ritardando o prevenendo gli incidenti. Se le celle della batteria si surriscaldano e prendono fuoco, i cuscinetti isolanti in aerogel, con le loro proprietà non combustibili (conformi ai requisiti del livello A1), possono bloccare o ritardare efficacemente la propagazione del fuoco. Ciò garantisce che la batteria rimanga non infiammabile e non esplosiva per almeno 5 minuti, fornendo tempo sufficiente per l'evacuazione. Pertanto, i cuscinetti isolanti in aerogel svolgono un ruolo fondamentale nel migliorare le prestazioni di sicurezza dei pacchi batteria di alimentazione dei veicoli a nuova energia.

Conclusione:

Nonostante il costo più elevato, le prestazioni di sicurezza superiori dei materiali isolanti in aerogel superano quelle di altri materiali isolanti tradizionali. Sono riconosciuti come la scelta ottimale per l'isolamento delle batterie di alimentazione e per i materiali ritardanti di fiamma. Poiché l’importanza della sicurezza nei veicoli a nuova energia continua a crescere, l’applicazione di materiali isolanti in aerogel, in particolare negli autobus elettrici e nelle auto a nuova energia di fascia alta con requisiti di sicurezza più elevati, è senza dubbio l’opzione preferita. Gli esperti stimano che le vendite globali di veicoli a nuova energia rappresenteranno un terzo delle vendite totali di veicoli entro il 2025, indicando un futuro promettente per gli aerogel. Man mano che la scala di produzione dei materiali aerogel matura e si espande, si prevede che i prezzi diminuiranno, portando a una maggiore penetrazione del mercato e all’applicazione nel settore dei veicoli a nuova energia.