Φόντο

Η θερμική διάδοση μιας μονάδας παρουσιάζει τα ακόλουθα στάδια: Συσσώρευση θερμότητας μετά από θερμική κατάχρηση κυψέλης, θερμική διαφυγή κυψέλης και στη συνέχεια θερμική διαφυγή της μονάδας. Η θερμική διαφυγή από ένα μόνο στοιχείο δεν επηρεάζει. Ωστόσο, όταν η θερμότητα εξαπλωθεί σε άλλα κύτταρα, η διάδοση θα προκαλέσει ένα φαινόμενο ντόμινο, οδηγώντας στη θερμική διαφυγή ολόκληρης της μονάδας, απελευθερώνοντας τεράστια ενέργεια. Εικόνα 1επίδειξηείναι το αποτέλεσμα της δοκιμής θερμικής διαφυγής. Η μονάδα καίγεται λόγω της ακαταμάχητης διάδοσης.

Η θερμική αγωγιμότητα στο εσωτερικό ενός στοιχείου θα είναι διαφορετική ανάλογα με τις διαφορετικές κατευθύνσεις. Ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας θα είναι υψηλότερος προς την κατεύθυνσηπαράλληλομε τον πυρήνα του ρολού ενός κυττάρου. ενώ η κατεύθυνση που είναι κάθετη προς τον πυρήνα του κυλίνδρου έχει χαμηλότερη αγωγιμότητα. Επομένως, η θερμική εξάπλωση από πλευρά σε πλευρά μεταξύ των κυττάρων είναι ταχύτερη από ό,τι γίνεται μέσω καρτελών σε κύτταρα. Επομένως, η διάδοση μπορεί να θεωρηθεί ως μονοδιάστατη διάδοση. Καθώς οι μονάδες μπαταρίας έχουν σχεδιαστεί για υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, ο χώρος μεταξύ των κυψελών γίνεται μικρότερος, γεγονός που θα επιδεινώσει τη θερμική διάδοση. Επομένως, η καταστολή ή η παρεμπόδιση της εξάπλωσης της θερμότητας στη μονάδα θα θεωρηθεί ως ένααποτέλεσμαέναν τρόπο μείωσης των κινδύνων. 

Ο τρόπος καταστολής της θερμικής διαφυγής σε μια μονάδα

Μπορούμε να περιορίσουμε τη θερμική διαφυγή ενεργά ή παθητικά.

Ενεργή καταστολή

Η ενεργή καταστολή θερμικής διασποράς βασίζεται κυρίως στο σύστημα θερμικής διαχείρισης, όπως:

1) Τοποθετήστε σωλήνες ψύξης στο κάτω μέρος ή στις εσωτερικές πλευρές μιας μονάδας και γεμίστε με ψυκτικό υγρό. Η ροή του ψυκτικού υγρού μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά τη διάδοση.

2) Τοποθετήστε σωλήνες πυρόσβεσης στο επάνω μέρος μιας μονάδας. Όταν υπάρχει θερμική διαρροή, το αέριο υψηλής θερμοκρασίας που απελευθερώνεται από την μπαταρία θα ενεργοποιήσει τους σωλήνες να εκτοξεύσουν το πυροσβεστικό υλικό για να καταστείλει τη διάδοση.

Ωστόσο, μια θερμική διαχείριση απαιτεί επιπλέον εξαρτήματα, οδηγούν σε υψηλότερο κόστος και χαμηλότερη ενεργειακή πυκνότητα. Υπάρχει επίσης πιθανότητα να μην τεθεί σε ισχύ το σύστημα διαχείρισης.

Παθητική καταστολή

Η παθητική καταστολή λειτουργεί εμποδίζοντας τη διάδοση μέσω αδιαβατικού υλικού μεταξύ των θερμικών διαφυγόντων κυττάρων και των φυσιολογικών κυττάρων.

Κανονικά το υλικό πρέπει να εμφανίζεται σε:

1. Χαμηλή θερμική αγωγιμότητα. Αυτό γίνεται για να μειωθεί η ταχύτητα εξάπλωσης της θερμότητας.
2. Αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία. Το υλικό δεν πρέπει να διαλυθεί σε υψηλή θερμοκρασία και να χάσει την ικανότητα της θερμικής αντίστασης.
3. Χαμηλή πυκνότητα. Αυτό γίνεται για να μειωθεί η επίδραση του ρυθμού όγκου-ενέργειας και του ρυθμού μάζας-ενέργειας.

Το ιδανικό υλικό μπορεί εν τω μεταξύ να εμποδίσει τη διάδοση της θερμότητας καθώς και να απορροφήσει τη θερμότητα.

Ανάλυση υλικού

• Αερότζελ

Το Airgel ονομάζεται «το ελαφρύτερο θερμομονωτικό υλικό». Έχει καλή απόδοση στη θερμομόνωση και ζυγίζει ελαφρύ. Χρησιμοποιείται ευρέως στη μονάδα μπαταρίας για προστασία από τη θερμική διάδοση. Υπάρχουν πολλά είδη αερογέλης, όπως αερογέλη διοξειδίου του πυριτίου, αερογέλη, αερογέλη από ίνες γυαλιού και προοξειδωμένες ίνες. Το στρώμα θερμομόνωσης αερογέλης από διαφορετικά υλικά έχει διάφορες επιπτώσεις στη θερμική διαφυγή. Αυτό συμβαίνει επειδή η ποικιλία του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας, η οποία σχετίζεται σε μεγάλο βαθμό με τη μικροδομή του. Το σχήμα 2 δείχνει την εμφάνιση SEM διαφορετικού υλικού πριν και μετά το κάψιμο.

Η έρευνα δείχνει ότι αν και η θερμομόνωση ινών είναι χαμηλότερη σε τιμή, η απόδοση παρεμπόδισης της διάδοσης θερμότητας είναι χειρότερη από το υλικό αερογέλης. Μεταξύ των διαφόρων ειδών υλικών αερογέλης, η προοξειδωμένη ίνα αερογέλης αποδίδει καλύτερα, καθώς διατηρεί τη δομή μετά το κάψιμο. Το αεροτζέλ από κεραμικές ίνες έχει επίσης καλή απόδοση στη θερμομόνωση.

• Υλικό αλλαγής φάσης

Το υλικό αλλαγής φάσης χρησιμοποιείται επίσης ευρέως για την καταστολή της θερμικής διάδοσης λόγω της αποθήκευσης θερμότητας. Το κερί είναι ένα κοινό PCM, με σταθερή θερμοκρασία αλλαγής φάσης. Κατά τη διάρκεια της θερμικήςδραπέτης, η θερμότητα απελευθερώνεται μαζικά. Επομένως, το PCM θα πρέπει να είναι υψηλόεκτέλεσητης απορρόφησης θερμότητας. Ωστόσο, το κερί έχει χαμηλή θερμική αγωγιμότητα, η οποία θα επηρεάσει την απορρόφηση της θερμότητας. Για να προωθήσουν την απόδοσή του, οι ερευνητές προσπαθούν να συνδυάσουν το κερί με άλλα υλικά, όπως η προσθήκη μεταλλικών σωματιδίων, η χρήση μεταλλικού αφρού για τη φόρτωση PCM, η προσθήκηγραφίτης, νανοσωλήνας άνθρακα ή διογκωμένος γραφίτης, κ.λπ. Ο διογκωμένος γραφίτης μπορεί επίσης να συγκρατήσει τη φλόγα που προκαλείται από τη θερμική διαφυγή.

Το υδρόφιλο πολυμερές είναι επίσης ένα είδος PCM για τη συγκράτηση του θερμικού διαδρόμου. Τα κοινά υδρόφιλα πολυμερή υλικά είναι: κολλοειδές διοξείδιο του πυριτίου, κορεσμένο διάλυμα χλωριούχου ασβεστίου,Φωσφορικός τετρααιθυλεστέρας, τετραόξινο φωσφορικό φαινυλεστέρα, sπολυακρυλικό όδιοκ.λπ.

•  Υβριδικό υλικό

Η θερμική διαφυγή δεν μπορεί να περιοριστεί εάν βασιζόμαστε μόνο στην αερογέλη. Με επιτυχίααπομονώτη θερμότητα, πρέπει να συνδυάσουμε το airgel με το PCM.

Εκτός από το υβριδικό υλικό, μπορούμε επίσης να κατασκευάσουμε πολυστρωματικό υλικό με διάφορους συντελεστές θερμικής αγωγιμότητας σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε υλικό υψηλής θερμικής αγωγιμότητας για να μεταφέρουμε τη θερμότητα έξω από τη μονάδα και να τοποθετήσουμε θερμομονωτικό υλικό μεταξύ των κυψελών για να περιορίσουμε τη θερμική διάδοση.

Σύναψη

Ο έλεγχος της θερμικής διάδοσης είναι πολύπλοκο θέμα. Κάποιοι κατασκευαστές έκαναν κάποιες λύσεις για να καταστείλουν τη διάδοση της θερμότητας, αλλά εξακολουθούν να αναζητούν κάτι νέο, προκειμένου να μειώσουν το κόστος και την επίδραση στην πυκνότητα ενέργειας. Εξακολουθούμε να εστιάζουμε στις τελευταίες έρευνες. Δεν υπάρχει"σούπερ υλικό” που μπορεί να εμποδίσει εντελώς τη θερμική διαφυγή. Απαιτούνται πολλά πειράματα για να ληφθούν οι καλύτερες λύσεις.