Achtergrond

De thermische voortplanting van een module doorloopt de volgende fasen: warmteaccumulatie na thermisch misbruik van de cel, thermische overstroming van de cel en vervolgens thermische overstroming van de module. Thermische runaway van een enkele cel heeft geen invloed; Wanneer de warmte zich echter naar andere cellen verspreidt, zal de voortplanting een domino-effect veroorzaken, wat leidt tot de thermische runaway van de hele module, waardoor enorme energie vrijkomt. Figuur 1showHet is het resultaat van een thermische runaway-test. De module staat in brand vanwege onweerstaanbare voortplanting.

De warmtegeleiding binnenin een cel zal verschillend zijn afhankelijk van verschillende richtingen. De warmtegeleidingscoëfficiënt zal in de richting hoger zijnparallelmet de rolkern van een cel; terwijl de richting die verticaal is ten opzichte van de rolkern een lagere geleidbaarheid heeft. Daarom is de thermische verspreiding van links naar rechts tussen cellen sneller dan via lipjes naar cellen. Daarom kan de voortplanting worden gezien als een eendimensionale voortplanting. Omdat batterijmodules zijn ontworpen voor een hogere energiedichtheid, wordt de ruimte tussen de cellen kleiner, wat de thermische voortplanting zal verslechteren. Daarom wordt het onderdrukken of blokkeren van de warmteverspreiding in de module als een maatregel beschouwdeffective manier om gevaren te verminderen. 

De manier om thermische runaway in een module te onderdrukken

We kunnen de thermische runaway actief of passief tegengaan.

Actief onderdrukken

Actieve onderdrukking van thermische spreiding is meestal gebaseerd op een thermisch beheersysteem, zoals:

1) Plaats koelleidingen aan de onderkant of de binnenkant van een module en vul deze met koelvloeistof. Het stromen van koelvloeistof kan de voortplanting effectief verminderen.

2) Plaats brandblusleidingen bovenop een module. Wanneer er sprake is van thermische overstroming, zal het gas met hoge temperatuur dat vrijkomt uit de batterij ervoor zorgen dat de leidingen blusmiddel uitspuiten om de voortplanting te onderdrukken.

Een thermisch beheer vereist echter extra componenten, wat leidt tot hogere kosten en een lagere energiedichtheid. Het is ook mogelijk dat het managementsysteem niet van kracht wordt.

Passieve onderdrukking

Passieve onderdrukking werkt door de voortplanting door adiabatisch materiaal tussen thermisch op hol geslagen cellen en normale cellen te blokkeren.

Normaal gesproken zou het materiaal moeten voorkomen in:

1. Lage thermische geleidbaarheid. Dit is om de snelheid van de warmteverspreiding te verlagen.
2. Bestand tegen hoge temperaturen. Het materiaal mag niet oplossen bij hoge temperaturen en het vermogen tot thermische weerstand verliezen.
3. Lage dichtheid. Dit is om de invloed van volume-energiesnelheid en massa-energiesnelheid te verkleinen.

Het ideale materiaal kan ondertussen de warmteverspreiding tegenhouden en de warmte absorberen.

Analyse op materiaal

• Aerogel

Aerogel wordt genoemd als “het lichtste warmte-isolatiemateriaal”. Het presteert goed op het gebied van warmte-isolatie en weegt licht. Het wordt veel gebruikt in batterijmodules voor bescherming tegen thermische voortplanting. Er zijn veel soorten aerogel, zoals siliciumdioxide-aerogel, aerogel, glasvezel-aerogel en voorgeoxideerde vezels. Aerogel-warmte-isolatielagen van verschillende materialen hebben verschillende gevolgen voor de thermische runaway. Dit komt door de verscheidenheid aan thermische geleidbaarheidscoëfficiënten, die sterk verband houden met de microstructuur. Figuur 2 toont het SEM-uiterlijk van verschillend materiaal voor en na verbranding.

Onderzoek toont aan dat, hoewel de prijs van vezelwarmte-isolatie lager is, de prestatie van het blokkeren van de warmtevoortplanting slechter is dan die van aerogelmateriaal. Van de verschillende soorten aerogelmaterialen presteert aerogel met voorgeoxideerde vezels het beste, omdat het de structuur na verbranding behoudt. Aerogel van keramische vezels presteert ook goed op het gebied van warmte-isolatie.

• Faseveranderingsmateriaal

Faseveranderingsmateriaal wordt ook veel gebruikt voor het onderdrukken van thermische voortplanting vanwege de opslag van warmte. Was is een veel voorkomende PCM, met een stabiele faseveranderingstemperatuur. Tijdens thermischweggelopen, komt er massaal warmte vrij. Daarom moet PCM hoog zijnprestatievan het absorberen van warmte. Was heeft echter een lage warmtegeleiding, wat de warmteabsorptie zal beïnvloeden. Om de prestaties ervan te bevorderen, proberen onderzoekers was te combineren met andere materialen, zoals het toevoegen van metaaldeeltjes, het gebruiken van metaalschuim om PCM te laden, het toevoegen vangrafiet, koolstofnanobuisjes of geëxpandeerd grafiet, enz. Geëxpandeerd grafiet kan ook de vlam tegenhouden die wordt veroorzaakt door thermische overstroming.

Hydrofiel polymeer is ook een soort PCM voor het tegenhouden van thermische landingsbanen. Gebruikelijke hydrofiele polymeermaterialen zijn: colloïdaal siliciumdioxide, verzadigde calciumchlorideoplossing,Tetraethylfosfaat, tetrafenylwaterstoffosfaat, Snatriumpolyacrylaatenz.

•  Hybride materiaal

Thermal runaway kan niet worden tegengegaan als we alleen op aerogel vertrouwen. Tot succesisolerende hitte, moeten we de aerogel combineren met PCM.

Naast het hybride materiaal kunnen we ook meerlaags materiaal construeren met verschillende warmtegeleidingscoëfficiënten in verschillende richtingen. We kunnen materiaal met een hoge thermische geleidbaarheid gebruiken om de warmte uit de module te geleiden, en warmte-isolatiemateriaal tussen de cellen plaatsen om de thermische voortplanting te beperken.

Conclusie

Het beheersen van de voortplanting van thermische uitlopers is een ingewikkeld onderwerp. Sommige fabrikanten hebben oplossingen bedacht om de warmteverspreiding te onderdrukken, maar ze zijn nog steeds op zoek naar iets nieuws om de kosten en de invloed op de energiedichtheid te verlagen. We concentreren ons nog steeds op het nieuwste onderzoek. Er is geen“supermateriaal” die de thermische runaway volledig kunnen blokkeren. Er zijn veel experimenten nodig om tot de beste oplossingen te komen.