Verbetering van de veiligheid van elektrische voertuigen: de rol van aerogel-isolatiematerialen

Met de toenemende mondiale overheidssteun voor de ontwikkeling van nieuwe energievoertuigen zijn de productie en verkoop van elektrische voertuigen getuige geweest van een snelle groei, wat heeft geleid tot een versnelde industrialisatie. Thermische runaway blijft echter een aanzienlijk veiligheidsprobleem voor elektrische voertuigen, vooral met betrekking tot de lithium-ionbatterijen die als energiebron worden gebruikt. Overladen kan leiden tot hoge temperaturen, wat kan leiden tot brand en explosies. Om dit probleem aan te pakken zijn aerogel-isolatiematerialen naar voren gekomen als een effectieve oplossing om de veiligheid van elektrische voertuigen te verbeteren.

Voordelen van aerogel-isolatiematerialen:

Aerogels bieden verschillende belangrijke voordelen, waaronder een lage thermische geleidbaarheid, uitstekende isolatieprestaties en niet-brandbaarheid. Vergeleken met traditionele isolatiematerialen bieden aerogels hetzelfde niveau van isolatie-effectiviteit met slechts 1/5 tot 1/3 van de dikte. Dit ruimtebesparende kenmerk is vooral cruciaal voor krachtbatterijen, omdat het verbeterde thermische controle en beheer, verbeterde prestaties en stabielere temperaturen mogelijk maakt. Aerogel-isolatiematerialen fungeren als isolatie- en brandwerende barrières, waardoor gebruikers en passagiers extra tijd krijgen om te evacueren en branden te blussen.

Toepassingen van aerogel-isolatiematerialen in elektrische voertuigen:

Aerogel-isolatiematerialen vinden toepassing in verschillende aspecten van nieuwe energievoertuigen, zoals isolatie en vlamvertraging tussen batterijcellen, isolatie en schokabsorptie tussen modules en behuizingen, externe koudebeschermingslagen voor accubakken en isolatielagen tegen hoge temperaturen. Laten we ons concentreren op aerogel-isolatiepads die worden gebruikt voor stroombatterijen en hun belangrijkste prestatie-indicatoren onderzoeken.

Prestatievereisten voor aerogel-isolatiepads:

Volgens de T/CSTM 00193-2020 Groepsnorm voor aerogel-isolatiepads die worden gebruikt in lithium-ionbatterijen, zijn de belangrijkste prestatie-eisen onder meer:

1. Massaafwijkingspercentage: mag niet groter zijn dan 15%.

2. Thermische isolatieprestaties: De krimp van de lengte- en breedteafmetingen van het monster voor en na de test mag niet groter zijn dan 3%. De temperatuur aan de koude kant van het monster mag binnen 5 minuten na de test niet hoger zijn dan 180 °C.

3. Verticaal branden: Moet voldoen aan de V0-niveauvereisten gespecificeerd in GB/T 2408.

4. Compressieverhouding: mag niet minder zijn dan 35% onder een druk van 2 MPa.

5. Treksterkte: mag niet minder zijn dan 500 kPa in zowel de lengte- als de breedterichting.

6. Isolatieprestaties: de thermische weerstand van het oppervlak moet groter zijn dan 500 MΩ en de lekstroom moet minder dan 1 mA zijn.

7. Beperkte stoffen: Moeten voldoen aan de vereisten van Richtlijn 2011/65/EU.

8. Verouderingsweerstand: na veroudering mag de vermindering van de treksterkte niet hoger zijn dan 30%, en de variatiesnelheid van de lengte- en breedteafmetingen mag minder dan 1% zijn. De thermische isolatieprestaties moeten voldoen aan de vereisten in de tabel.

Vergelijking met traditionele isolatiematerialen:

Veelgebruikte isolatiematerialen voor stroombatterijen zijn onder meer schuim, plastic schuim, ultrafijne glaswol, katoen met een hoog silicagehalte, vacuümisolatiepanelen en silica-aerogel. Vergeleken met traditionele isolatiepads bieden aerogel-isolatiepads voordelen zoals vlamvertraging, hoge temperatuurbestendigheid, lage thermische geleidbaarheid, geen vorming van giftige gassen, waterbestendigheid, vochtbestendigheid, schokbestendigheid, lichtgewicht, lage kosten en dunne dikte.

Betekenis van aerogel-isolatiematerialen:

Wanneer toegepast in lithium-ionbatterijmodules, blokkeert de lage thermische geleidbaarheid van aerogel-isolatiepads effectief de snelle diffusie van warmte die wordt gegenereerd tijdens snel opladen en ontladen. In het geval van een thermische runaway zorgen de aerogel-isolatiepads voor thermische isolatie, waardoor ongelukken worden vertraagd of voorkomen. Als de batterijcellen oververhit raken en in brand vliegen, kunnen de aerogel-isolatiepads, met hun niet-brandbare eigenschappen (die voldoen aan de vereisten van niveau A1), de verspreiding van brand effectief blokkeren of vertragen. Dit zorgt ervoor dat het accupakket minimaal 5 minuten niet-ontvlambaar en niet-explosief blijft, waardoor er voldoende tijd is voor evacuatie. Aerogel-isolatiepads spelen dus een cruciale rol bij het verbeteren van de veiligheidsprestaties van nieuwe accupakketten voor energievoertuigen.

Conclusie:

Ondanks de hogere kosten wegen de superieure veiligheidsprestaties van aerogel-isolatiematerialen zwaarder dan die van andere traditionele isolatiematerialen. Ze worden erkend als de optimale keuze voor isolatie van energiebatterijen en vlamvertragende materialen. Nu het belang van de veiligheid in nieuwe energievoertuigen blijft groeien, verdient de toepassing van aerogel-isolatiematerialen, vooral in elektrische bussen en hoogwaardige nieuwe energieauto's met hogere veiligheidseisen, ongetwijfeld de voorkeur. Experts schatten dat de wereldwijde verkoop van nieuwe energievoertuigen in 2025 een derde van de totale autoverkoop zal uitmaken, wat wijst op een veelbelovende toekomst voor aerogels. Naarmate de productieschaal van aerogelmaterialen volwassener wordt en groter wordt, wordt verwacht dat de prijzen zullen dalen, wat zal leiden tot een grotere marktpenetratie en toepassing in de nieuwe energievoertuigenindustrie.