Zespół badawczy z Politechniki w Nanjing opracował innowacyjny arkusz izolacyjny na bazie aerożelu krzemionkowego, zaprojektowany w celu zapobiegania „ucieczce termicznej” w akumulatorach litowo-jonowych. Ten nowy materiał, wytrzymujący temperatury do 1300°C, stanowi znaczący krok naprzód w technologii bezpieczeństwa pojazdów elektrycznych (EV).
Rozwiązywanie problemu niekontrolowanej temperatury
W akumulatorach o dużej gęstości awaria jednego ogniwa może spowodować reakcję łańcuchową zwaną niekontrolowaną temperaturą. Podczas tego procesu następuje nagły i szybki wzrost temperatury, która przekazuje ciepło sąsiadującym ogniwom, co prowadzi do katastrofalnych w skutkach pożarów akumulatorów.
Istniejące rozwiązania oparte na aerożelu nie były wcześniej w stanie poradzić sobie z takimi przepięciami, zwykle pracując tylko w temperaturach do 300°C lub 650°C. Ponieważ rzeczywiste spalanie ogniw może osiągnąć temperatury w zakresie od 650°C do 1000°C, dotychczasowe materiały często okazywały się bezużyteczne właśnie wtedy, gdy były najbardziej potrzebne.
Nowy arkusz aerożelu krzemionkowego wypełnia tę lukę:
– Ekstremalna odporność na ciepło: Wytrzymuje temperatury do 1300°C.
– Sprawdzona izolacja: W testach arkusz o grubości zaledwie 2,3 mm utrzymywał temperaturę po przeciwnej stronie poniżej 100°C nawet po pięciu minutach wystawienia na działanie temperatury 1000°C.
– Długotrwała ochrona: Materiał może utrzymać izolację termiczną aż do dwóch godzin, co daje krytyczny czas na aktywację systemów bezpieczeństwa lub opuszczenie pojazdu przez pasażerów.
Zaprojektowane z myślą o trwałości i skali
Stworzenie materiału, który jest zarówno wysoce skutecznym izolatorem, jak i fizycznie stabilnym, jest trudnym wyzwaniem inżynierskim. Naukowcy skupili się na dwóch głównych przeszkodach technicznych:
1. Integralność strukturalna i elastyczność
Aerożele to nanoporowate struktury składające się w około 99% z powietrza, co czyni je doskonałymi izolatorami, ale także niezwykle delikatnymi. Aby materiał nadawał się do stosowania w pojazdach elektrycznych – gdzie ogniwa akumulatora stale rozszerzają się i kurczą podczas użytkowania – zespół opracował arkusz, który wytrzymuje elastyczne ściskanie przekraczające 90% bez utraty stabilności strukturalnej.
2. Skalowalność przemysłowa
Aby przejść od koncepcji laboratoryjnej do produkcji masowej, zespół zoptymalizował proces suszenia nadkrytycznego CO₂**. Wprowadzenie systemu odzyskiwania rozpuszczalników, który poddaje recyklingowi ponad 99,5% etanolu, obniżyło koszty surowców o ponad połowę, czyniąc produkcję na dużą skalę ekonomiczną.
Wdrożenie rynku i kontekst strategiczny
Technologia ta jest już aktywnie integrowana z łańcuchami dostaw głównych graczy z branży, w tym CATL, BYD, Sungrow i Xiaomi. Chociaż główne zastosowanie znajduje się w sektorze pojazdów elektrycznych, odporność materiału na wysokie temperatury otwiera możliwości zastosowania w przemyśle lotniczym i kosmicznym.
Rozwój ten wpisuje się w szerszy trend w chińskim sektorze energetycznym, napędzany strategicznymi celami 15. Planu Pięcioletniego, który priorytetowo traktuje zaawansowane materiały i nowe technologie energetyczne. W miarę jak branża przechodzi na akumulatory o większej pojemności (takie jak najnowszy akumulator Svolt o pojemności 80 kWh do pojazdów PHEV), zapotrzebowanie na wyrafinowane elementy bezpieczeństwa, takie jak ta aerożelowa „bariera ogniowa”, będzie tylko rosnąć.
Ten przełom przekształca izolację aerożelową z niszowego, kosztownego elementu w standardowy wymóg bezpieczeństwa dla nowej generacji pojazdów elektrycznych dostępnych na rynku masowym.
Wniosek
Wypełniając lukę pomiędzy obecnymi możliwościami izolacji a ekstremalnymi temperaturami spalania akumulatorów, ten nowy materiał zapewnia krytyczny poziom ochrony przeciwpożarowej w samochodach. Połączenie odporności na wysoką temperaturę, elastyczności i niskich kosztów produkcji pozwala mu stworzyć podstawę bezpiecznej i niezawodnej architektury systemu akumulatorów dla przyszłych pojazdów elektrycznych.
