Výzkumný tým z Nanjing University of Technology vyvinul inovativní izolační vrstvu na bázi aerogelu oxidu křemičitého navrženou tak, aby zabránila „tepelnému úniku“ v lithium-iontových bateriích. Tento nový materiál, který je schopen odolat teplotám až 1300 °C, představuje významný skok vpřed v technologii bezpečnosti elektrických vozidel (EV).
Řešení problému tepelného úniku
V bateriových sadách s vysokou hustotou může selhání jednoho článku způsobit řetězovou reakci známou jako tepelný únik. Během tohoto procesu dochází k náhlému a rychlému nárůstu teploty, která předává teplo sousedním článkům, což vede ke katastrofálním požárům baterie.
Stávající řešení na bázi aerogelu se dříve nedokázala vyrovnat s takovými rázy, typicky fungovala pouze při teplotách do 300 °C nebo 650 °C. Vzhledem k tomu, že skutečné spalování článků může dosáhnout teplot v rozmezí od 650 °C do 1000 °C, ukázalo se, že předchozí materiály byly často nepoužitelné právě tehdy, když byly nejvíce potřeba.
Nový silikagelový list překlenuje tuto mezeru:
– Extrémní tepelná odolnost: Odolává teplotám až 1300°C.
– Osvědčená izolace: Při testech udržovala deska o tloušťce pouhých 2,3 mm teplotu na opačné straně pod 100 °C i po pěti minutách vystavení teplotě 1000 °C.
– Dlouhotrvající ochrana: Materiál dokáže udržet tepelnou izolaci po dobu až dvou hodin, což poskytuje kritický čas pro aktivaci bezpečnostních systémů nebo pro cestující, aby opustili vozidlo.
Navrženo pro odolnost a měřítko
Vytvoření materiálu, který je jak vysoce účinným izolantem, tak fyzikálně stabilním, je skličující inženýrská výzva. Výzkumníci se zaměřili na dvě hlavní technické překážky:
1. Strukturální integrita a elasticita
Aerogely jsou nanoporézní struktury tvořené přibližně z 99 % vzduchem, což z nich činí vynikající izolátory, ale také extrémně křehké. Aby byl materiál vhodný pro použití v elektrických vozidlech – kde se bateriové články během používání neustále roztahují a smršťují – vyvinul tým fólii, která vydrží elastické stlačení o více než 90 % bez ztráty strukturální stability.
2. Průmyslová škálovatelnost
Aby tým přešel od laboratorního konceptu k hromadné výrobě, optimalizoval proces superkritického sušení CO₂**. Zavedení systému zpětného získávání rozpouštědel, který recykluje více než 99,5 % etanolu, snížilo náklady na suroviny o více než polovinu, díky čemuž je výroba ve velkém měřítku ekonomická.
Implementace trhu a strategický kontext
Tato technologie je již aktivně integrována do dodavatelských řetězců hlavních průmyslových hráčů, včetně CATL, BYD, Sungrow a Xiaomi. Přestože hlavní použití je v sektoru elektrických vozidel, vysoká teplotní odolnost tohoto materiálu otevírá příležitosti pro použití v leteckém a těžkém průmyslu.
Tento vývoj je součástí širšího trendu v čínském energetickém sektoru, který je řízen strategickými cíli 15. pětiletého plánu, který upřednostňuje pokročilé materiály a nové energetické technologie. Jak se průmysl posouvá k bateriím s větší kapacitou (jako je nedávná 80 kWh baterie Svolt pro PHEV), poptávka po sofistikovaných bezpečnostních komponentech, jako je tato aerogelová „protipožární bariéra“, bude jen stoupat.
Tento průlom přeměňuje aerogelovou izolaci ze specializovaného, vysoce nákladného komponentu na standardní bezpečnostní požadavek pro příští generaci masově prodávaných elektrických vozidel.
Závěr
Překlenutím mezery mezi současnými izolačními schopnostmi a extrémními teplotami spalování baterií poskytuje tento nový materiál kritickou úroveň požární ochrany v automobilech. Kombinace vysoké teplotní odolnosti, elasticity a nízkých výrobních nákladů umožňuje vytvořit základ bezpečné a spolehlivé architektury bateriového systému pro budoucí elektrická vozidla.
