Sfondo

La propagazione termica di un modulo attraversa le seguenti fasi: accumulo di calore dopo l'abuso termico della cella, l'instabilità termica della cella e quindi l'instabilità termica del modulo.La fuga termica di una singola cella non è influente;tuttavia, quando il calore si diffonde ad altre celle, la propagazione causerà un effetto domino, portando alla fuga termica dell'intero modulo, rilasciando una massiccia energia.Figura 1spettacoloQuesto è il risultato del test di fuga termica.Il modulo è in fiamme a causa della propagazione irresistibile.

La conduttività termica all'interno di una cella sarà diversa a seconda delle diverse direzioni.Il coefficiente di conduttività termica sarà più alto nella direzioneparallelocon il nucleo cilindrico di una cella;mentre la direzione verticale rispetto all'anima del rotolo ha una conduttività inferiore.Pertanto la diffusione termica da un lato all'altro tra le celle è più rapida rispetto alle linguette verso le celle.Pertanto la propagazione può essere vista come una propagazione unidimensionale.Poiché i moduli batteria sono progettati per una maggiore densità energetica, lo spazio tra le celle sta diventando sempre più piccolo, il che peggiorerà la propagazione termica.Pertanto, sopprimere o bloccare la diffusione del calore nel modulo sarà considerato un'operazioneeffettoUn ottimo modo per ridurre i rischi. 

Il modo per sopprimere la fuga termica in un modulo

Possiamo frenare la fuga termica in modo attivo o passivo.

Soppressione attiva

La soppressione attiva della diffusione termica si basa principalmente sul sistema di gestione termica, come:

1) Posizionare i tubi di raffreddamento sul fondo o sui lati interni di un modulo e riempirli con il liquido di raffreddamento.Il flusso del liquido di raffreddamento può ridurre efficacemente la propagazione.

2) Installare i tubi antincendio sulla parte superiore del modulo.In caso di fuga termica, il gas ad alta temperatura rilasciato dalla batteria farà sì che i tubi spruzzino l'agente estinguente per sopprimere la propagazione.

Tuttavia, una gestione termica richiede componenti aggiuntivi, comporta costi più elevati e una minore densità energetica.Esiste anche la possibilità che il sistema di gestione non abbia effetto.

Soppressione passiva

La soppressione passiva funziona bloccando la propagazione attraverso il materiale adiabatico tra le celle in fuga termica e le celle normali.

Normalmente il materiale dovrebbe essere presente in:

1. Bassa conduttività termica.Questo per ridurre la velocità di diffusione del calore.
2. Resistenza alle alte temperature.Il materiale non dovrebbe risolversi ad alta temperatura e perdere la capacità di resistenza termica.
3. Bassa densità.Questo per ridurre l’influenza del tasso di volume-energia e del tasso di massa-energia.

Il materiale ideale può nel frattempo bloccare la diffusione del calore e assorbire il calore.

Analisi sul materiale

• Aerogel

L'aerogel è definito “il materiale isolante termico più leggero”.È ben eseguito nell'isolamento termico e pesa leggero.È ampiamente utilizzato nel modulo batteria per la protezione dalla propagazione termica.Esistono molti tipi di aerogel, come l'aerogel di biossido di silicio, l'aerogel, l'aerogel in fibra di vetro e la fibra preossidata.Lo strato isolante termico in aerogel di materiali diversi ha un impatto diverso sulla fuga termica.Ciò è dovuto alla varietà del coefficiente di conduttività termica, che è fortemente correlato alla sua microstruttura.La Figura 2 mostra l'aspetto SEM di diversi materiali prima e dopo la combustione.

La ricerca mostra che, sebbene l’isolamento termico in fibra abbia un prezzo inferiore, le prestazioni di blocco della propagazione del calore sono peggiori rispetto al materiale aerogel.Tra i diversi tipi di materiali aerogel, l'aerogel in fibra preossidata offre le migliori prestazioni, poiché mantiene la struttura dopo la combustione.L'aerogel in fibra ceramica offre buone prestazioni anche nell'isolamento termico.

• Materiale a cambiamento di fase

Il materiale a cambiamento di fase è anche ampiamente utilizzato per sopprimere la propagazione dell'instabilità termica grazie al suo accumulo di calore.La cera è un PCM comune, con temperatura di cambiamento di fase stabile.Durante la termicafuggire, il calore viene rilasciato in modo massiccio.Pertanto il PCM dovrebbe essere elevatoprestazionedi assorbire calore.Tuttavia, la cera ha una bassa conduttività termica, che influenzerà l'assorbimento del calore.Per promuoverne le prestazioni, i ricercatori cercano di combinare la cera con altri materiali, come l'aggiunta di particelle metalliche, l'uso di schiuma metallica per caricare il PCM, l'aggiuntagrafite, nanotubi di carbonio o grafite espansa, ecc. La grafite espansa può anche trattenere la fiamma causata dalla fuga termica.

Il polimero idrofilo è anche una sorta di PCM per limitare la pista termica.I comuni materiali polimerici idrofili sono: biossido di silicio colloidale, soluzione satura di cloruro di calcio,Tetraetilfosfato, tetrafenilidrogenofosfato, Spoliacrilato di odio, eccetera.

•  Materiale ibrido

La fuga termica non può essere frenata se ci affidiamo solo all’aerogel.Con successoisolareil caldo, dobbiamo combinare l'aerogel con il PCM.

Oltre al materiale ibrido, possiamo costruire anche materiale multistrato con vari coefficienti di conduttività termica in diverse direzioni.Possiamo utilizzare materiale ad alta conduttività termica per condurre il calore fuori dal modulo e inserire materiale isolante termico tra le celle per limitare la propagazione termica.

Conclusione

Controllare la propagazione dell'instabilità termica è un argomento complicato.Alcuni produttori hanno realizzato alcune soluzioni per sopprimere la diffusione del calore, ma sono ancora alla ricerca di qualcosa di nuovo, per ridurre i costi e l’influenza sulla densità energetica.Ci stiamo ancora concentrando sulle ultime ricerche.Non c'è“materiale eccellente" che può bloccare completamente la fuga termica.Sono necessari molti esperimenti per ottenere le soluzioni migliori.