Pozadie

Tepelné šírenie modulu prechádza nasledujúcimi fázami: Akumulácia tepla po tepelnom zneužití článku, tepelný únik článku a potom tepelný únik modulu. Tepelný únik z jednej bunky nemá vplyv; keď sa však teplo rozšíri do iných buniek, šírenie spôsobí dominový efekt, ktorý vedie k tepelnému úniku celého modulu, pričom sa uvoľní obrovská energia. Obrázok 1ukázaťje výsledkom testu tepelného úniku. Modul je v plameňoch kvôli neodolateľnému šíreniu.

Tepelná vodivosť vo vnútri článku sa bude líšiť podľa rôznych smerov. Súčiniteľ tepelnej vodivosti bude v smere vyššíparalelnýs valcovým jadrom bunky; zatiaľ čo smer, ktorý je vertikálny k jadru valca, má nižšiu vodivosť. Tepelné šírenie zo strany na stranu medzi bunkami je preto rýchlejšie ako cez plôšky do buniek. Preto na šírenie možno nazerať ako na jednorozmerné šírenie. Keďže batériové moduly sú navrhnuté pre vyššiu hustotu energie, priestor medzi článkami sa zmenšuje, čo zhoršuje šírenie tepla. Potlačenie alebo blokovanie šírenia tepla v module sa preto bude považovať zaúčinokspôsob, ako znížiť nebezpečenstvo. 

Spôsob, ako potlačiť tepelný únik v module

Tepelný útek môžeme obmedziť aktívne alebo pasívne.

Aktívne potlačenie

Aktívne potláčanie šírenia tepla je väčšinou založené na systéme riadenia teploty, ako napríklad:

1) Nastavte chladiace rúrky na spodok alebo vnútorné strany modulu a naplňte ich chladiacou kvapalinou. Prúdenie chladiacej kvapaliny môže účinne znížiť šírenie.

2) Umiestnite hasiace potrubie na vrch modulu. Keď dôjde k tepelnému úniku, vysokoteplotný plyn uvoľnený z batérie spustí potrubie, aby vystrekovalo hasiacu látku, aby sa potlačilo šírenie.

Tepelný manažment si však vyžaduje ďalšie komponenty, čo vedie k vyšším nákladom a nižšej hustote energie. Existuje tiež možnosť, že systém riadenia nebude fungovať.

Pasívne potlačenie

Pasívna supresia funguje tak, že blokuje šírenie adiabatickým materiálom medzi tepelne uniknutými bunkami a normálnymi bunkami.

Normálne by mal materiál obsahovať:

1. Nízka tepelná vodivosť. Ide o zníženie rýchlosti šírenia tepla.
2. Odolnosť voči vysokej teplote. Materiál by sa pri vysokej teplote nemal rozpúšťať a strácať schopnosť tepelnej odolnosti.
3. Nízka hustota. To má znížiť vplyv objemovo-energetického pomeru a hmotnostne-energetického pomeru.

Ideálny materiál môže medzitým blokovať šírenie tepla, ako aj absorbovať teplo.

Analýza materiálu

• Aerogel

Aerogel je označovaný ako „najľahší tepelne izolačný materiál“. Má dobrú tepelnú izoláciu a váži svetlo. Je široko používaný v batériovom module na ochranu proti šíreniu tepla. Existuje mnoho druhov aerogélu, ako aerogél oxidu kremičitého, aerogél, aerogél zo sklenených vlákien a predoxidované vlákno. Aerogélová tepelnoizolačná vrstva z rôznych materiálov má rôzny vplyv na tepelný únik. Je to kvôli rôznorodosti koeficientu tepelnej vodivosti, ktorý veľmi súvisí s jeho mikroštruktúrou. Obrázok 2 ukazuje vzhľad SEM rôznych materiálov pred a po spálení.

Výskum ukazuje, že hoci je tepelná izolácia z vlákien nižšia za cenu, účinnosť blokovania šírenia tepla je horšia ako u aerogélového materiálu. Spomedzi rôznych druhov aerogélových materiálov má aerogél z predoxidovaných vlákien najlepšie výsledky, pretože zachováva štruktúru po spálení. Aerogél z keramických vlákien tiež dobre funguje pri tepelnej izolácii.

• Materiál fázovej zmeny

Materiál s fázovou zmenou je tiež široko používaný na potlačenie šírenia tepelného úniku v dôsledku jeho akumulačného tepla. Vosk je bežný PCM so stabilnou teplotou zmeny fázy. Počas termutečenec, teplo sa masívne uvoľňuje. Preto by mal mať PCM vysokývýkonabsorpcie tepla. Vosk má však nízku tepelnú vodivosť, čo ovplyvní absorpciu tepla. Na podporu jeho výkonu sa výskumníci pokúšajú kombinovať vosk s inými materiálmi, ako je pridávanie kovových častíc, použitie kovovej peny na načítanie PCM, pridávaniegrafitExpandovaný grafit môže tiež obmedziť plameň spôsobený tepelným únikom.

Hydrofilný polymér je tiež druhom PCM na obmedzenie tepelnej dráhy. Bežné hydrofilné polymérne materiály sú: koloidný oxid kremičitý, nasýtený roztok chloridu vápenatého,tetraetylfosfát, tetrafenylhydrogenfosfát, sodium polyakrylátatď.

•  Hybridný materiál

Tepelný únik nemožno obmedziť, ak sa spoliehame iba na aerogél. Úspešneizolovaťteplo, musíme aerogél spojiť s PCM.

Okrem hybridného materiálu vieme skonštruovať aj viacvrstvový materiál s rôznymi koeficientmi tepelnej vodivosti v rôznych smeroch. Môžeme použiť materiál s vysokou tepelnou vodivosťou na odvádzanie tepla z modulu a umiestniť tepelnoizolačný materiál medzi články, aby sa obmedzilo šírenie tepla.

Záver

Kontrola šírenia tepelných únikov je komplikovaná téma. Niektorí výrobcovia urobili niekoľko riešení na potlačenie šírenia tepla, ale stále hľadajú niečo nové, aby znížili náklady a vplyv na hustotu energie. Stále sa zameriavame na najnovšie výskumy. Nie je tam žiadny“super materiál“ ktoré môžu úplne zablokovať tepelný únik. Na získanie najlepších riešení je potrebné veľa experimentov.