Ozadje

Toplotno širjenje modula ima naslednje stopnje: akumulacija toplote po toplotni zlorabi celice, toplotni umik celice in nato toplotni umik modula. Toplotni beg iz posamezne celice ni vpliven; ko pa se toplota razširi na druge celice, bo širjenje povzročilo učinek domin, kar bo vodilo do toplotnega pobega celotnega modula, pri čemer se bo sprostila ogromna energija. Slika 1pokazatije rezultat preskusa toplotnega uhajanja. Modul gori zaradi neustavljivega širjenja.

Toplotna prevodnost znotraj celice bo različna glede na različne smeri. Koeficient toplotne prevodnosti bo višji v smerivzporednoz valjčnim jedrom celice; medtem ko ima smer, ki je navpična na jedro valja, nižjo prevodnost. Zato je širjenje toplote z ene strani na drugo med celicami hitrejše kot prek zavihkov na celice. Zato lahko širjenje vidimo kot enodimenzionalno širjenje. Ker so baterijski moduli zasnovani za večjo gostoto energije, se prostor med celicami zmanjšuje, kar bo poslabšalo širjenje toplote. Zato bo zatiranje ali blokiranje širjenja toplote v modulu obravnavano kotučineknačin za zmanjšanje nevarnosti. 

Način za zatiranje toplotnega uhajanja v modulu

Toplotni beg lahko zaviramo aktivno ali pasivno.

Aktivno zatiranje

Aktivno zatiranje širjenja toplote večinoma temelji na sistemu za upravljanje toplote, kot so:

1) Namestite hladilne cevi na dno ali notranje strani modula in jih napolnite s hladilno tekočino. Pretok hladilne tekočine lahko učinkovito zmanjša širjenje.

2) Namestite gasilne cevi na vrh modula. Ko pride do toplotnega uhajanja, bo visokotemperaturni plin, ki se sprosti iz akumulatorja, sprožil, da cevi razpršijo gasilno sredstvo, da preprečijo širjenje.

Vendar upravljanje toplote zahteva dodatne komponente, kar vodi do višjih stroškov in nižje energijske gostote. Obstaja tudi možnost, da sistem upravljanja morda ne bo deloval.

Pasivno zatiranje

Pasivna supresija deluje tako, da blokira širjenje skozi adiabatni material med toplotno ubežnimi celicami in normalnimi celicami.

Običajno mora biti material predstavljen v:

1. Nizka toplotna prevodnost. To je za zmanjšanje hitrosti širjenja toplote.
2. Odpornost na visoke temperature. Material se pri visoki temperaturi ne sme raztopiti in izgubiti sposobnost toplotne odpornosti.
3. Nizka gostota. S tem se zmanjša vpliv volumsko-energijske stopnje in mase-energijske stopnje.

Idealen material lahko medtem blokira širjenje toplote in absorbira toploto.

Analiza materiala

• Aerogel

Aerogel se imenuje "najlažji toplotnoizolacijski material". Dobro se izvaja pri toplotni izolaciji in je lahka. Široko se uporablja v baterijskem modulu za zaščito pred toplotnim širjenjem. Obstaja veliko vrst aerogelov, kot so aerogel silicijevega dioksida, aerogel, aerogel iz steklenih vlaken in predoksidirana vlakna. Toplotno izolacijska plast aerogela iz različnih materialov ima različen vpliv na toplotni odtok. Razlog za to je raznolikost koeficienta toplotne prevodnosti, ki je močno povezana z njegovo mikrostrukturo. Slika 2 prikazuje SEM videz različnih materialov pred in po opeklinah.

Raziskave kažejo, da čeprav je toplotna izolacija iz vlaken nižja, je učinkovitost blokiranja širjenja toplote slabša od materiala z aerogelom. Med različnimi vrstami aerogelnih materialov se aerogel iz predhodno oksidiranih vlaken najbolje obnese, saj ohranja strukturo po žganju. Aerogel iz keramičnih vlaken se dobro obnese tudi pri toplotni izolaciji.

• Material za spremembo faze

Material s fazno spremembo se zaradi shranjevanja toplote pogosto uporablja tudi za zatiranje širjenja toplotnega odvajanja. Vosek je običajen PCM s stabilno temperaturo fazne spremembe. Med termičnoubežnik, toplota se množično sprošča. Zato mora biti PCM visokuspešnostabsorbiranja toplote. Vendar pa ima vosek nizko toplotno prevodnost, kar vpliva na absorpcijo toplote. Za spodbujanje njegove učinkovitosti poskušajo raziskovalci združiti vosek z drugimi materiali, kot je dodajanje kovinskih delcev, uporaba kovinske pene za nalaganje PCM, dodajanjegrafit, ogljikove nanocevke ali ekspandirani grafit itd. Ekspandirani grafit lahko zadrži tudi plamen, ki ga povzroči toplotni umik.

Hidrofilni polimer je tudi neke vrste PCM za zadrževanje toplotne vzletno-pristajalne steze. Običajni hidrofilni polimerni materiali so: koloidni silicijev dioksid, nasičena raztopina kalcijevega klorida,Tetraetil fosfat, tetrafenil hidrogen fosfat, sodijev poliakrilatitd.

•  Hibridni material

Toplotnega bega ne moremo omejiti, če se zanašamo le na aerogel. Do uspešnoizoliratitoplote, moramo kombinirati aerogel s PCM.

Poleg hibridnega materiala lahko izdelamo tudi večslojni material z različnimi koeficienti toplotne prevodnosti v različnih smereh. Za odvajanje toplote iz modula lahko uporabimo material z visoko toplotno prevodnostjo, med celice pa postavimo toplotnoizolacijski material, da omejimo širjenje toplote.

Zaključek

Nadzor nad širjenjem toplotnega uhajanja je zapletena tema. Nekateri proizvajalci so naredili nekaj rešitev za zatiranje širjenja toplote, vendar še vedno iščejo nekaj novega, da bi znižali stroške in vpliv na energijsko gostoto. Še vedno se osredotočamo na najnovejše raziskave. Ne obstaja“super material” ki lahko popolnoma blokira toplotni beg. Da bi dobili najboljše rešitve, je potrebnih veliko poskusov.