پس زمینه

انتشار حرارتی یک ماژول مراحل زیر را تجربه می کند: انباشت گرما پس از سوء استفاده حرارتی سلول، فرار حرارتی سلول و سپس فرار حرارتی ماژول. فرار حرارتی از یک سلول تاثیرگذار نیست. با این حال، هنگامی که گرما به سلول‌های دیگر سرایت می‌کند، انتشار یک اثر دومینو ایجاد می‌کند که منجر به فرار حرارتی کل ماژول می‌شود و انرژی عظیمی آزاد می‌کند. شکل 1نشان می دهدنتیجه آزمایش فرار حرارتی است. ماژول به دلیل انتشار غیرقابل مقاومت در آتش است.

رسانایی گرما درون یک سلول با توجه به جهات مختلف متفاوت خواهد بود. ضریب هدایت حرارتی در جهت بالاتر خواهد بودموازیبا هسته رول یک سلول؛ در حالی که جهتی که به سمت هسته رول عمودی است رسانایی کمتری دارد. بنابراین انتشار حرارتی از سمتی به سمت دیگر بین سلول‌ها سریع‌تر از این است که از طریق زبانه‌ها به سلول‌ها انجام می‌شود. بنابراین انتشار را می توان به عنوان یک انتشار یک بعدی دید. همانطور که ماژول‌های باتری برای چگالی انرژی بالاتر طراحی شده‌اند، فضای بین سلول‌ها کوچک‌تر می‌شود، که انتشار حرارتی را بدتر می‌کند. بنابراین، سرکوب یا جلوگیری از انتشار گرما در ماژول به عنوان یک امر در نظر گرفته می شوداثرروشی برای کاهش خطرات 

روشی برای سرکوب فرار حرارتی در یک ماژول

ما می توانیم فرار حرارتی را به صورت فعال یا غیرفعال مهار کنیم.

سرکوب فعال

سرکوب پخش حرارتی فعال بیشتر بر اساس سیستم مدیریت حرارتی است، مانند:

1) لوله های خنک کننده را در پایین یا دو طرف داخلی یک ماژول قرار دهید و با مایع خنک کننده پر کنید. جریان مایع خنک کننده می تواند به طور موثری انتشار را کاهش دهد.

2) لوله های اطفاء حریق را در بالای یک ماژول نصب کنید. هنگامی که جریان حرارتی وجود دارد، گاز با دمای بالا که از باتری آزاد می‌شود، لوله‌ها را وادار می‌کند تا مواد خاموش کننده را برای سرکوب انتشار اسپری کنند.

با این حال، مدیریت حرارتی به اجزای اضافی نیاز دارد که منجر به هزینه بیشتر و چگالی انرژی کمتر می شود. همچنین این احتمال وجود دارد که سیستم مدیریت ممکن است عملی نشود.

سرکوب منفعل

سرکوب غیرفعال با مسدود کردن انتشار از طریق مواد آدیاباتیک بین سلول‌های فرار حرارتی و سلول‌های طبیعی کار می‌کند.

معمولاً مواد باید در موارد زیر مشخص شوند:

1. هدایت حرارتی کم. این برای کاهش سرعت انتشار گرما است.
2. مقاومت در برابر دمای بالا. این ماده نباید در دمای بالا حل شود و توانایی مقاومت حرارتی را از دست بدهد.
3. چگالی کم. این برای کاهش تأثیر نرخ حجم-انرژی و نرخ جرم-انرژی است.

مواد ایده آل می تواند در عین حال مانع از انتشار گرما و همچنین جذب گرما شود.

تجزیه و تحلیل بر روی مواد

• ایروژل

ایروژل به عنوان "سبک ترین ماده عایق حرارت" نامگذاری شده است. در عایق حرارتی و وزن سبک به خوبی انجام می شود. این به طور گسترده ای در ماژول باتری برای حفاظت از انتشار حرارتی استفاده می شود. انواع مختلفی از آئروژل وجود دارد، مانند آئروژل دی اکسید سیلیکون، آئروژل، آئروژل فیبر شیشه ای و فیبر پیش اکسید شده. لایه عایق حرارتی ایروژل از مواد مختلف تأثیرات مختلفی بر فرار حرارتی دارد. این به دلیل تنوع ضریب هدایت حرارتی است که ارتباط زیادی با ساختار میکرو آن دارد. شکل 2 ظاهر SEM مواد مختلف را قبل و بعد از سوختن نشان می دهد.

تحقیقات نشان می دهد که اگرچه عایق حرارتی فیبر قیمت پایین تری دارد، اما عملکرد جلوگیری از انتشار گرما بدتر از مواد ایروژل است. در میان انواع مختلف مواد ایروژل، آئروژل فیبر پیش اکسید شده بهترین عملکرد را دارد، زیرا ساختار را پس از سوختن حفظ می کند. ایروژل فیبر سرامیکی در عایق حرارتی نیز عملکرد خوبی دارد.

• مواد تغییر فاز

مواد تغییر فاز نیز به دلیل ذخیره گرما به طور گسترده ای برای سرکوب انتشار گرما استفاده می شود. موم یک PCM معمولی با دمای تغییر فاز پایدار است. در طول حرارتفراری، گرما به شدت آزاد می شود. بنابراین PCM باید بالا باشدعملکرداز جذب گرما با این حال، موم رسانایی حرارتی کمی دارد که بر جذب گرما تأثیر می گذارد. برای ارتقای عملکرد آن، محققان سعی می کنند موم را با مواد دیگر ترکیب کنند، مانند افزودن ذرات فلزی، استفاده از فوم فلزی برای بارگذاری PCM، اضافه کردنگرافیت، نانولوله کربنی یا گرافیت منبسط شده و غیره. گرافیت منبسط شده همچنین می تواند شعله ناشی از فرار حرارتی را مهار کند.

پلیمر هیدروفیل نیز نوعی PCM برای مهار باند حرارتی است. مواد پلیمری آبدوست رایج عبارتند از: دی اکسید سیلیکون کلوئیدی، محلول کلرید کلسیم اشباع،تترااتیل فسفات، تترافنیل هیدروژن فسفات، سپلی اکریلات اودیومو غیره

•  مواد هیبریدی

اگر ما فقط به آئروژل متکی باشیم نمی‌توان راه فرار حرارتی را مهار کرد. تا با موفقیتعایق کردنگرما، باید ایروژل را با PCM ترکیب کنیم.

علاوه بر مواد هیبریدی، ما همچنین می توانیم مواد چند لایه با ضرایب هدایت حرارتی مختلف در جهات مختلف بسازیم. ما می توانیم از مواد رسانایی حرارتی بالا برای هدایت گرما از ماژول استفاده کنیم و مواد عایق حرارتی را بین سلول ها قرار دهیم تا انتشار حرارتی را محدود کنیم.

نتیجه گیری

کنترل انتشار فرار حرارتی موضوعی پیچیده است. برخی از تولیدکنندگان راه‌حل‌هایی برای جلوگیری از انتشار گرما ایجاد کردند، اما همچنان به دنبال چیز جدیدی هستند تا هزینه و تأثیر آن بر چگالی انرژی کاهش یابد. ما هنوز بر روی آخرین تحقیقات متمرکز هستیم. وجود ندارد"مواد فوق العاده” که می تواند به طور کامل فرار حرارتی را مسدود کند. برای به دست آوردن بهترین راه حل ها، آزمایش های زیادی نیاز است.