Izboljšanje varnosti električnih vozil: vloga izolacijskih materialov iz aerogelov

Z naraščajočo svetovno vladno podporo razvoju novih energetskih vozil sta proizvodnja in prodaja električnih vozil priča hitri rasti, kar vodi v pospešeno industrializacijo. Vendar toplotni beg ostaja pomemben varnostni pomislek za električna vozila, zlasti v zvezi z litij-ionskimi baterijami, ki se uporabljajo kot vir energije. Prekomerno polnjenje lahko povzroči visoke temperature, kar povzroči požare in eksplozije. Za reševanje te težave so se kot učinkovita rešitev za izboljšanje varnosti električnih vozil pojavili izolacijski materiali z aerogelom.

Prednosti izolacijskih materialov z aerogelom:

Aerogeli ponujajo več ključnih prednosti, vključno z nizko toplotno prevodnostjo, odlično izolacijo in negorljivostjo. V primerjavi s tradicionalnimi izolacijskimi materiali zagotavljajo aerogeli enako stopnjo izolacijske učinkovitosti le z 1/5 do 1/3 debeline. Ta lastnost, ki prihrani prostor, je še posebej pomembna za napajalne baterije, saj omogoča izboljšan nadzor in upravljanje toplote, izboljšano zmogljivost in stabilnejše temperature. Izolacijski materiali iz aerogelov delujejo kot izolacijske in ognjeodporne pregrade, ki uporabnikom in potnikom zagotavljajo dodaten čas za evakuacijo in gašenje požarov.

Uporaba aerogelnih izolacijskih materialov v električnih vozilih:

Izolacijski materiali z aerogelom najdejo uporabo v različnih vidikih novih energetskih vozil, kot so izolacija in zadrževanje gorenja med baterijskimi celicami, izolacija in blaženje udarcev med moduli in ohišji, zunanji sloji za zaščito pred mrazom za akumulatorske škatle in visokotemperaturne izolacijske plasti. Osredotočimo se na izolacijske blazinice iz aerogela, ki se uporabljajo za električne baterije, in preučimo njihove ključne kazalnike učinkovitosti.

Zahteve glede delovanja za izolacijske blazinice iz aerogela:

V skladu s skupinskim standardom T/CSTM 00193-2020 za izolacijske blazinice iz aerogela, ki se uporabljajo v litij-ionskih baterijah, glavne zahteve glede zmogljivosti vključujejo:

1. Stopnja odstopanja mase: ne sme presegati 15 %.

2. Toplotna izolacija: krčenje dolžinskih in širinskih dimenzij vzorca pred in po preskusu ne sme presegati 3 %. Temperatura na hladni strani vzorca ne sme preseči 180 °C v 5 minutah po preskusu.

3. Navpično gorenje: Izpolnjevati mora zahteve glede ravni V0, določene v GB/T 2408.

4. Kompresijsko razmerje: Ne sme biti manjše od 35 % pri tlaku 2 MPa.

5. Natezna trdnost: ne sme biti manjša od 500 kPa v smeri dolžine in širine.

6. Izolacijska zmogljivost: površinska toplotna upornost mora biti večja od 500 MΩ, tok uhajanja pa mora biti manjši od 1 mA.

7. Omejene snovi: morajo biti v skladu z zahtevami Direktive 2011/65/EU.

8. Odpornost na staranje: Po staranju stopnja slabljenja natezne trdnosti ne sme preseči 30 %, stopnja variacije dimenzij dolžine in širine pa mora biti manjša od 1 %. Toplotna izolacija mora ustrezati zahtevam, navedenim v tabeli.

Primerjava s tradicionalnimi izolacijskimi materiali:

Običajno uporabljeni izolacijski materiali za električne baterije vključujejo peno, plastično peno, ultrafino stekleno volno, bombaž z visoko vsebnostjo silicijevega dioksida, vakuumske izolacijske plošče in aerogel silicijevega dioksida. V primerjavi s tradicionalnimi izolacijskimi blazinicami izolacijske blazinice iz aerogela ponujajo prednosti, kot so zaviranje gorenja, odpornost na visoke temperature, nizka toplotna prevodnost, brez nastajanja strupenih plinov, vodoodpornost, odpornost na vlago, odpornost na udarce, lahek, poceni in tanka debelina.

Pomen izolacijskih materialov iz aerogelov:

Pri uporabi v litij-ionskih baterijskih modulih nizka toplotna prevodnost izolacijskih blazinic iz aerogela učinkovito blokira hitro difuzijo toplote, ki nastane med hitrim polnjenjem in praznjenjem. V primeru toplotnega uhajanja zagotavljajo izolacijske blazinice iz aerogela toplotno izolacijo, ki odloži ali prepreči nesreče. Če se baterijske celice pregrejejo in zagorijo, lahko izolacijske blazinice iz aerogela s svojimi negorljivimi lastnostmi (v skladu z zahtevami stopnje A1) učinkovito preprečijo ali zadržijo širjenje požara. To zagotavlja, da paket baterij ostane negorljiv in neeksploziven vsaj 5 minut, kar zagotavlja dovolj časa za evakuacijo. Tako imajo izolacijske blazinice iz aerogela ključno vlogo pri izboljšanju varnosti novih baterijskih paketov za pogon energetskih vozil.

Zaključek:

Kljub višjim stroškom vrhunska varnostna učinkovitost aerogelnih izolacijskih materialov prevlada nad drugimi tradicionalnimi izolacijskimi materiali. Priznani so kot optimalna izbira za izolacijo električnih baterij in materiale, ki zavirajo gorenje. Ker pomen varnosti pri novih energetskih vozilih še naprej narašča, je uporaba izolacijskih materialov iz aerogelov, zlasti v električnih avtobusih in visokokakovostnih novih energetskih avtomobilih z višjimi varnostnimi zahtevami, nedvomno najprimernejša možnost. Strokovnjaki ocenjujejo, da bo svetovna prodaja novih energijskih vozil do leta 2025 predstavljala eno tretjino celotne prodaje vozil, kar kaže na obetavno prihodnost aerogelov. Ko obseg proizvodnje aerogelnih materialov dozoreva in se širi, se pričakuje, da se bodo cene znižale, kar bo vodilo k povečanemu prodoru na trg in uporabi v industriji novih energetskih vozil.