انقلابی در حفاظت حرارتی در باتری های خودروهای انرژی جدید

معرفی:

آئروژل، یک ماده جامد سبک وزن متشکل از ذرات نانومقیاس، به دلیل خواص منحصر به فرد خود در کاربردهای مختلف توجه قابل توجهی را به خود جلب کرده است.در حوزه وسایل نقلیه با انرژی جدید، قابلیت‌های عایق حرارتی استثنایی آئروژل، آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای محافظت و حفاظت از سیستم‌های باتری خودروهای الکتریکی تبدیل می‌کند.این مقاله ویژگی های قابل توجه ایروژل را بررسی می کند و نقش آن را در افزایش ایمنی و عملکرد باتری های خودروهای انرژی جدید برجسته می کند.

آئروژل چیست؟

ایروژل یک ماده جامد است که از نانوساختارهای به هم پیوسته و شبکه های نانومتخلخل تشکیل شده است که از تجمع ذرات نانوکلوئیدی تشکیل شده است.به دلیل ساختار داخلی آن ظاهری شبیه دود از خود نشان می دهد که با اندازه منافذ بسیار یکنواخت تقریباً یک میلیون بار کوچکتر از یک قرص نان و منافذ به هم پیوسته در سراسر مواد مشخص می شود.اندازه ذرات چارچوب آئروژل نیز حدود هزار بار کوچکتر از ذرات آرد است و ساختار منحصر به فردی به آن می دهد که اغلب به عنوان "دود یخ زده" از آن یاد می شود.

ویژگی های کلیدی آئروژل:

1. رسانایی حرارتی کم: ایرژل دارای رسانایی حرارتی بسیار کم است که آن را به یک ماده عایق عالی تبدیل می کند.

2. مقاومت در برابر دمای بالا: ایرژل مقاومت استثنایی در برابر دماهای بالا نشان می دهد و از پایداری و کارایی آن در محیط های شدید اطمینان می دهد.

3. سبک و نازک: ایرژل سبک وزن است و می تواند به شکل های نازک تولید شود و تاثیر آن بر وزن و اندازه کلی سیستم باتری به حداقل برسد.

4. آب گریزی: ایرژل آب گریزی عالی نشان می دهد و از اجزای باتری در برابر مسائل مربوط به رطوبت محافظت می کند.

5. پایداری ابعادی برتر: ایرژل شکل و اندازه خود را تحت شرایط مختلف حفظ می کند و ثبات و قابلیت اطمینان طولانی مدت را فراهم می کند.

6. ساختار سبک: ماهیت سبک وزن ایروژل به کاهش وزن کلی کمک می کند و بازده انرژی خودرو را افزایش می دهد.

7. انعطاف پذیری متوسط: ایرژل سطح مناسبی از انعطاف پذیری را نشان می دهد و به آن اجازه می دهد با انبساط و انقباض سلول های باتری در طول چرخه های شارژ و دشارژ سازگار شود.

پد عایق ایروژل برای محافظت حرارتی باتری:

پد عایق ایروژل یک محصول کامپوزیتی است که از نمد هواژل نازک همراه با فیلم PET/PI تشکیل شده است.این رسانایی حرارتی پایینی در دمای اتاق دارد و بدون تولید ذرات معلق در برابر شعله‌گیری از خود نشان می‌دهد.پد عایق هواژل عمدتاً در فضاهای بین سلولی محفظه های ضد آتش باتری های انرژی جدید استفاده می شود.در صورت فرار حرارتی در یک سلول باتری، پد به طور موثر گرما را از انتشار به سلول‌های مجاور جدا می‌کند و از عملکرد عادی آنها محافظت می‌کند.علاوه بر این، پد خاصیت عایق و بالش را فراهم می کند.

پد عایق باتری برای محافظت حرارتی:

پد عایق باتری، متشکل از ابریشم از پیش اکسید شده یا سایر انواع مواد کامپوزیت ایروژل، محصور شده با فیلم پلیمرهای بالا (PET، PI) یا پوشش های مقاوم در برابر شعله، عایق حرارتی و قابلیت های بالشتکی عالی را ارائه می دهد.این در درجه اول برای محافظت حرارتی بین سلول های باتری های لیتیوم یون، جلوگیری از فرار حرارتی و بهبود قابل توجهی ایمنی وسایل نقلیه انرژی جدید استفاده می شود.هنگامی که یک رویداد حرارتی در یک سلول رخ می‌دهد، پد عایق هواژل که بین سلول‌ها قرار گرفته است به عنوان یک مانع عمل می‌کند و از انتقال گرما به سلول‌های همسایه جلوگیری می‌کند، بنابراین از اثر دومینوی فرار حرارتی در بسته باتری جلوگیری می‌کند.پد عایق ایروژل همچنین تراکم پذیری بسیار خوبی از خود نشان می دهد و به آن اجازه می دهد انبساط و انقباض سلول های باتری را در طول چرخه شارژ و دشارژ تطبیق دهد.

نقش آئروژل در ایمنی باتری خودروهای الکتریکی:

خودروهای الکتریکی عمدتاً به باتری‌های لیتیوم یونی به عنوان منبع انرژی خود متکی هستند.فرار حرارتی در باتری ها یک نگرانی ایمنی قابل توجه است.با ترکیب مواد عایق ایروژل، ایمنی وسایل نقلیه انرژی جدید تا حد زیادی افزایش می یابد.ورق های عایق ایروژل بر پایه ایروژل دی اکسید سیلیکون و بسترهای الیاف سرامیکی برای جلوگیری از انتقال حرارت بین اجزای مولد گرما و پوشش بیرونی سیستم باتری استفاده می شود.نمدهای ایروژل هدایت حرارتی پایین، عملکرد عایق عالی و غیر قابل احتراق را نشان می دهند.در مقایسه با مواد عایق سنتی، نمدهای هواژل تنها به یک پنجم تا یک سوم ضخامت نیاز دارند تا به همان سطح عایق حرارتی دست یابند.در حال حاضر، بسیاری از تولیدکنندگان باتری خودرو از نمدهای کامپوزیت ایروژل دی اکسید سیلیکون در مقیاس بزرگ به عنوان مواد جداسازی در ماژول های باتری استفاده می کنند.

مزایای حرارتی مواد ایروژل:

استفاده از مواد ایروژل در زمینه وسایل نقلیه با انرژی جدید چندین مزیت حرارتی را به همراه دارد، از جمله:

1. مقاومت عالی در برابر آتش: مواد ایروژل دمای عملیاتی بهینه را برای باتری های لیتیومی فراهم می کنند و در عین حال زمان تخلیه ارزشمندی را در صورت آتش سوزی تصادفی تضمین می کنند.

2. رسانایی حرارتی پایین: مواد ایروژل خواص عایق حرارتی برتری را نشان می‌دهند، که اجازه می‌دهد لایه‌های عایق نازک‌تر و حداکثر استفاده از محفظه باتری را فراهم کند.

3. قابلیت ضد آب: مواد ایروژل مقاومت فوق العاده ای در برابر آب ارائه می دهند و عمر مفید طولانی مدت را تضمین می کنند.

4. غیر سمی و سازگار با محیط زیست: مواد ایروژل غیر سمی و سازگار با محیط زیست هستند و هیچ خطر آلودگی ندارند.

با قرار دادن پدهای عایق ایروژل بین سلول های باتری، انتشار رویدادهای حرارتی را می توان به طور موثر سرکوب کرد و حوادث را به تاخیر انداخت.علاوه بر این، ماهیت سبک وزن آئروژل به کاهش وزن کلی در سیستم باتری، بهبود بهره وری انرژی و برد خودروهای الکتریکی کمک می کند.

نتیجه:

آئروژل، با خواص عایق حرارتی قابل توجه خود، انقلابی در حفاظت و ایمنی باتری های خودروهای انرژی جدید ایجاد می کند.هدایت حرارتی کم، مقاومت در برابر دمای بالا، ساختار سبک وزن و سایر ویژگی های منحصر به فرد آن، آن را به گزینه ای ایده آل برای مدیریت حرارتی در خودروهای الکتریکی تبدیل می کند.پدها و مواد عایق ایروژل به طور موثری خطر فرار حرارتی را کاهش می دهند و ایمنی و عملکرد کلی سیستم های باتری را افزایش می دهند.از آنجایی که تقاضا برای وسایل نقلیه الکتریکی همچنان در حال رشد است، ایروژل نقش مهمی در پیشبرد توسعه فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی نسل بعدی ایفا می‌کند.