Дослідницька група з Нанкінського технологічного університету розробила інноваційний ізоляційний лист на основі кремнеземного аерогелю, призначений для запобігання «тепловому розгону» літій-іонних акумуляторів. Цей новий матеріал, здатний витримувати температуру до 1300°C, є значним стрибком у розвитку технологій безпеки електромобілів (EV).
Вирішення проблеми теплового розгону
В акумуляторних блоках високої щільності відмова одного елемента може викликати ланцюгову реакцію, відому як тепловий розгін. Під час цього процесу відбувається різкий та стрімкий стрибок температури, через що тепло передається сусіднім осередкам, що призводить до катастрофічних спалахів акумулятора.
Існуючі рішення на основі аерогелю раніше не справлялися з такими стрибками, зазвичай працюючи лише при температурах до 300°C або 650°C. Оскільки фактичне горіння осередків може досягати температури від 650°C до 1000°C, попередні матеріали часто виявлялися марними саме в той момент, коли вони були найпотрібнішими.
Новий лист із кремнеземного аерогелю усуває цю прогалину:
– Екстремальна термостійкість: Він здатний витримувати температуру до 1300°C.
– Доведена ізоляція: В ході випробувань лист товщиною всього 2,3 мм утримував температуру на протилежній стороні нижче 100°C навіть після п’яти хвилин впливу температури 1000°C.
– Тривалий захист: Матеріал може зберігати теплоізоляцію до двох годин, що дає критично важливий час для спрацювання систем безпеки або для виходу пасажирів з автомобіля.
Інженерні рішення для довговічності та масштабування
Створення матеріалу, який був би одночасно високоефективним ізолятором та фізично стійким, — найскладніше інженерне завдання. Дослідники зосередилися на двох основних технічних перешкодах:
1. Структурна цілісність та еластичність
Аерогелі є нанопористими структурами, що складаються приблизно на 99% з повітря, що робить їх відмінними ізоляторами, але при цьому вкрай крихкими. Щоб зробити матеріал придатним для використання в електромобілях — де акумуляторні осередки постійно розширюються і стискуються в процесі експлуатації — команда розробила лист, здатний витримувати еластичний стиск більш ніж на 90% без втрати структурної стабільності.
2. Промислова масштабованість
Щоб перейти від лабораторної концепції до масового виробництва, команда оптимізувала процес надкритичного сушіння CO₂. Впровадження системи рекуперації розчинника, яка повторно використовує понад 99,5% етанолу, дозволило скоротити витрати на сировину більш ніж удвічі, зробивши великомасштабне виробництво економічно вигідним.
Впровадження на ринку та стратегічний контекст
Технологія вже активно інтегрується в ланцюжки поставок найбільших гравців галузі, включаючи CATL, BYD, Sungrow та Xiaomi. Хоча основною сферою застосування є сектор електромобілів, висока термостійкість матеріалу відкриває можливості для використання в аерокосмічній галузі та важкій промисловості.
Ця розробка є частиною ширшої тенденції в енергетичному секторі Китаю, що продиктована стратегічними цілями «15-го п’ятирічного плану», в якому пріоритетна увага приділяється передовим матеріалам та новим енергетичним технологіям. У міру того як індустрія переходить до акумуляторів більшої ємності (такі як недавня батарея Svolt ємністю 80 кВтг для PHEV), попит на складні компоненти безпеки, подібні до цього аерогелевого «вогнезахисного бар’єру», тільки зростатиме.
Цей прорив перетворює аерогелеву ізоляцію з дорогого нішевого компонента в стандартну вимогу безпеки для наступного покоління масових електромобілів.
Висновок
Усуваючи розрив між нинішніми можливостями ізоляції та екстремальними температурами горіння акумуляторів, цей новий матеріал створює критично важливий рівень захисту від пожеж в автомобілях. Поєднання високої термостійкості, еластичності та низької собівартості виробництва дозволяє йому стати фундаментом безпечної та надійної архітектури акумуляторних систем електромобілів майбутнього.
