Een onderzoeksteam van de Nanjing Tech University heeft een baanbrekend isolatievel op basis van silica-aerogel ontwikkeld, ontworpen om “thermal runaway” in lithium-ionbatterijen te voorkomen. Dit nieuwe materiaal is bestand tegen temperaturen tot 1300°C en vertegenwoordigt een aanzienlijke sprong in de veiligheidstechnologie voor elektrische voertuigen (EV).
Het Thermal Runaway-probleem oplossen
In accu’s met een hoge dichtheid kan een enkele celstoring een kettingreactie veroorzaken die bekend staat als thermal runaway. Tijdens deze gebeurtenis stijgen de temperaturen hevig en snel, waardoor warmte wordt overgedragen naar aangrenzende cellen en catastrofale batterijbranden ontstaan.
Bestaande aerogeloplossingen hebben in het verleden moeite gehad om deze pieken onder controle te houden en functioneerden doorgaans slechts tot 300°C of 650°C. Omdat de daadwerkelijke celverbranding temperaturen tussen 650°C en 1000°C kan bereiken, faalden eerdere materialen vaak toen ze het meest nodig waren.
Het nieuwe silica-aerogelvel pakt deze leemte aan:
– Extreme hittebestendigheid: Het is bestand tegen temperaturen tot 1300 °C.
– Bewezen isolatie: Bij tests hield een plaat van slechts 2,3 mm de tegenoverliggende zijde onder de 100°C, zelfs na blootstelling aan 1000°C gedurende vijf minuten.
Uitgebreide bescherming: Het materiaal kan de thermische isolatie maximaal twee uur behouden, waardoor een cruciaal venster wordt geboden voor het inschakelen van veiligheidssystemen of voor passagiers om een voertuig te verlaten.
Engineering voor duurzaamheid en schaal
Het creëren van een materiaal dat zowel zeer isolerend als fysiek veerkrachtig is, is een moeilijke technische prestatie. De onderzoekers concentreerden zich op twee primaire technische hindernissen:
1. Structurele integriteit en elasticiteit
Aerogels zijn nanoporeuze structuren die voor ongeveer 99% uit lucht bestaan, waardoor ze uitstekende isolatoren zijn, maar notoir broos. Om het materiaal praktisch te maken voor elektrische auto’s (waar batterijcellen tijdens gebruik voortdurend uitzetten en samentrekken) heeft het team de plaat zodanig ontworpen dat deze een elastische compressie van meer dan 90% bereikt zonder de structurele stabiliteit te verliezen.
2. Industriële schaalbaarheid
Om van een laboratoriumconcept naar massaproductie te gaan, optimaliseerde het team het superkritische CO₂-droogproces. Door een oplosmiddelterugwinningssysteem te implementeren dat meer dan 99,5% van de ethanol hergebruikt, hebben ze de grondstofkosten met meer dan de helft verlaagd, waardoor grootschalige productie economisch levensvatbaar is geworden.
Marktadoptie en strategische context
De technologie wordt al snel geïntegreerd in de toeleveringsketens van grote spelers in de sector, waaronder CATL, BYD, Sungrow en Xiaomi. Hoewel het primaire directe gebruik ervan in de EV-sector ligt, opent de hoge temperatuurtolerantie ook deuren voor toepassingen in de lucht- en ruimtevaart en zware industriële omgevingen.
Deze ontwikkeling maakt deel uit van een bredere trend in de Chinese energiesector, gedreven door de strategische doelstellingen van het ‘15e Vijfjarenplan’ van het land, dat prioriteit geeft aan geavanceerde materialen en nieuwe energietechnologieën. Naarmate de industrie zich beweegt in de richting van grotere batterijcapaciteiten – zoals de recente 80 kWh PHEV-batterij van Svolt – zal de vraag naar geavanceerde veiligheidscomponenten zoals deze aerogel-‘firewall’ alleen maar toenemen.
Deze doorbraak verschuift de aerogel-isolatie van een luxe nichecomponent naar een standaard veiligheidsvereiste voor de volgende generatie elektrische voertuigen voor de massamarkt.
Conclusie
Door de kloof te overbruggen tussen het huidige isolatievermogen en de extreme temperaturen bij de verbranding van batterijen, biedt dit nieuwe materiaal een kritische verdedigingslaag tegen voertuigbranden. De combinatie van hoge hittebestendigheid, elasticiteit en lage productiekosten positioneert het als een hoeksteen van een veiligere, betrouwbaardere EV-batterijarchitectuur.
