Latar belakang

Perambatan termal suatu modul mengalami tahapan sebagai berikut: Akumulasi panas setelah penyalahgunaan termal sel, pelarian termal sel, dan kemudian pelarian termal modul. Pelarian termal dari satu sel tidak berpengaruh; namun, ketika panas menyebar ke sel lain, perambatan tersebut akan menyebabkan efek domino, yang menyebabkan hilangnya panas seluruh modul, sehingga melepaskan energi yang sangat besar. Gambar 1menunjukkanIni adalah hasil uji thermal runaway. Modul terbakar karena propagasi yang tidak dapat ditolak.

Konduktivitas panas di dalam sel akan berbeda menurut arah yang berbeda. Koefisien konduktivitas panas akan semakin tinggi ke arah tersebutparaleldengan inti gulungan sel; sedangkan arah yang vertikal terhadap roll core mempunyai daya hantar listrik yang lebih rendah. Oleh karena itu penyebaran panas dari sisi ke sisi antar sel lebih cepat dibandingkan melalui tab ke sel. Oleh karena itu perambatannya dapat dilihat sebagai perambatan satu dimensi. Karena modul baterai dirancang untuk kepadatan energi yang lebih tinggi, ruang antar sel menjadi lebih kecil, sehingga memperburuk perambatan termal. Oleh karena itu, menekan atau menghalangi penyebaran panas dalam modul akan dianggap sebagaimemengaruhiIni adalah cara terbaik untuk mengurangi bahaya. 

Cara untuk menekan pelarian termal dalam sebuah modul

Kita dapat menahan pelepasan panas secara aktif atau pasif.

Penekanan aktif

Penekanan penyebaran termal aktif sebagian besar didasarkan pada sistem manajemen termal, seperti:

1) Pasang pipa pendingin di bagian bawah atau sisi dalam modul, dan isi dengan cairan pendingin. Aliran cairan pendingin secara efektif dapat mengurangi propagasi.

2) Pasang pipa pemadam kebakaran di bagian atas modul. Ketika terjadi pelepasan panas, gas bersuhu tinggi yang dilepaskan dari baterai akan memicu pipa untuk menyemprotkan bahan pemadam untuk menekan penyebarannya.

Namun, manajemen termal memerlukan komponen tambahan, sehingga menyebabkan biaya lebih tinggi dan kepadatan energi lebih rendah. Ada juga kemungkinan bahwa sistem manajemen tidak dapat diterapkan.

Penindasan pasif

Penekanan pasif bekerja dengan menghalangi propagasi melalui bahan adiabatik antara sel-sel pelarian termal dan sel-sel normal.

Biasanya materi harus ditampilkan dalam:

1. Konduktivitas termal rendah. Hal ini untuk menurunkan kecepatan penyebaran panas.
2. Tahan suhu tinggi. Bahan tidak boleh larut pada suhu tinggi dan kehilangan kemampuan tahan panas.
3. Kepadatan rendah. Hal ini untuk menurunkan pengaruh laju energi-volume dan laju energi-massa.

Sementara itu, bahan yang ideal dapat menghalangi penyebaran panas serta menyerap panas.

Analisis materi

• aerogel

Aerogel dinobatkan sebagai “bahan insulasi panas paling ringan”. Ini berkinerja baik dalam insulasi panas dan ringan. Ini banyak digunakan dalam modul baterai untuk perlindungan propagasi termal. Ada banyak jenis aerogel, seperti aerogel silikon dioksida, aerogel, aerogel serat kaca, dan serat pra-oksidasi. Lapisan insulasi panas aerogel dari bahan yang berbeda memiliki dampak yang berbeda-beda terhadap pelarian termal. Hal ini disebabkan karena keragaman koefisien konduktivitas termal sangat berkaitan dengan struktur mikronya. Gambar 2 menunjukkan tampilan SEM material yang berbeda sebelum dan sesudah pembakaran.

Penelitian menunjukkan bahwa meskipun harga insulasi panas serat lebih rendah, kinerja pemblokiran perambatan panas lebih buruk daripada bahan aerogel. Di antara berbagai jenis bahan aerogel, serat aerogel pra-oksidasi memiliki kinerja terbaik, karena mempertahankan struktur setelah terbakar. Aerogel serat keramik juga berkinerja baik dalam insulasi panas.

• Materi perubahan fasa

Bahan pengubah fasa juga banyak digunakan untuk menekan perambatan termal yang tidak terkendali karena bahan tersebut menyimpan panas. Lilin adalah PCM umum, dengan suhu perubahan fasa yang stabil. Selama termalpelarian, panas dilepaskan secara besar-besaran. Oleh karena itu PCM harusnya tinggipertunjukandari menyerap panas. Namun lilin memiliki konduktivitas panas yang rendah sehingga akan mempengaruhi penyerapan panas. Untuk meningkatkan kinerjanya, peneliti mencoba menggabungkan lilin dengan bahan lain, seperti menambahkan partikel logam, menggunakan busa logam untuk memuat PCM, menambahkangrafit, tabung karbon nano atau grafit yang diperluas, dll. Grafit yang diperluas juga dapat menahan nyala api yang disebabkan oleh pelepasan panas.

Polimer hidrofilik juga merupakan sejenis PCM untuk menahan landasan termal. Bahan polimer hidrofilik yang umum adalah: silikon dioksida koloid, larutan kalsium klorida jenuh,Tetraetil fosfat, tetrafenil hidrogen fosfat, Snatrium poliakrilat, dll.

•  Bahan hibrida

Pelarian termal tidak bisa ditahan jika kita hanya mengandalkan aerogel. Untuk berhasilmenyekatpanasnya, kita perlu menggabungkan aerogel dengan PCM.

Selain material hibrida, kami juga dapat membuat material multi-lapisan dengan berbagai koefisien konduktivitas termal dalam arah yang berbeda. Kita dapat menggunakan bahan dengan konduktivitas termal yang tinggi untuk mengalirkan panas keluar dari modul, dan menempatkan bahan insulasi panas di antara sel untuk membatasi perambatan panas.

Kesimpulan

Untuk mengendalikan perambatan termal yang tidak terkendali adalah subjek yang rumit. Beberapa produsen membuat beberapa solusi untuk menekan penyebaran panas, namun mereka masih mencari solusi baru, untuk menurunkan biaya dan pengaruhnya terhadap kepadatan energi. Kami masih fokus pada penelitian terbaru. Tidak ada“bahan super” yang benar-benar dapat memblokir pelarian termal. Diperlukan banyak eksperimen untuk mendapatkan solusi terbaik.