خلفية

يمر الانتشار الحراري للوحدة بالمراحل التالية: تراكم الحرارة بعد الإساءة الحرارية للخلية، والهروب الحراري للخلية، ثم الهروب الحراري للوحدة. فالهروب الحراري من خلية واحدة ليس له تأثير؛ ومع ذلك، عندما تنتشر الحرارة إلى خلايا أخرى، فإن الانتشار سوف يسبب تأثير الدومينو، مما يؤدي إلى الهروب الحراري للوحدة بأكملها، مما يؤدي إلى إطلاق طاقة هائلة. الشكل 1يعرضنتيجة اختبار الهروب الحراري. الوحدة مشتعلة بسبب الانتشار الذي لا يقاوم.

تختلف الموصلية الحرارية داخل الخلية باختلاف الاتجاهات. سيكون معامل التوصيل الحراري أعلى في الاتجاهموازيمع قلب الخلية؛ في حين أن الاتجاه الرأسي إلى قلب اللفة له موصلية أقل. ولذلك فإن الانتشار الحراري من جانب إلى آخر بين الخلايا يكون أسرع منه من خلال علامات التبويب إلى الخلايا. لذلك يمكن اعتبار الانتشار بمثابة انتشار أحادي البعد. وبما أن وحدات البطارية مصممة لكثافة طاقة أعلى، فإن المساحة بين الخلايا تصبح أصغر، مما سيؤدي إلى تفاقم الانتشار الحراري. ولذلك، سيتم اعتبار قمع أو منع انتشار الحرارة في الوحدة بمثابةتأثيرطريقة فعالة لتقليل المخاطر. 

طريقة قمع الهروب الحراري في الوحدة النمطية

يمكننا كبح جماح الهروب الحراري بشكل نشط أو سلبي.

قمع نشط

يعتمد قمع الانتشار الحراري النشط في الغالب على نظام الإدارة الحرارية، مثل:

1) ضع أنابيب التبريد في الجزء السفلي أو الجوانب الداخلية للوحدة، واملأها بسائل التبريد. يمكن أن يؤدي تدفق سائل التبريد إلى تقليل الانتشار بشكل فعال.

2) قم بإعداد أنابيب إطفاء الحرائق في الجزء العلوي من الوحدة. عندما يكون هناك انفلات حراري، فإن الغاز ذو درجة الحرارة المرتفعة المنطلق من البطارية سوف يؤدي إلى قيام الأنابيب برش مادة إطفاء الحريق لمنع الانتشار.

ومع ذلك، تتطلب الإدارة الحرارية مكونات إضافية، مما يؤدي إلى ارتفاع التكلفة وانخفاض كثافة الطاقة. هناك أيضًا احتمال ألا يصبح نظام الإدارة ساري المفعول.

القمع السلبي

يعمل القمع السلبي عن طريق منع الانتشار من خلال المواد الأديباتية بين الخلايا الحرارية الهاربة والخلايا الطبيعية.

عادة يجب أن تتميز المادة بما يلي:

1. الموصلية الحرارية المنخفضة. وذلك لتقليل سرعة انتشار الحرارة.
2. مقاومة درجات الحرارة العالية. يجب ألا تتحلل المادة تحت درجة حرارة عالية وتفقد قدرتها على المقاومة الحرارية.
3. كثافة منخفضة. وذلك لتقليل تأثير معدل حجم الطاقة ومعدل طاقة الكتلة.

يمكن للمادة المثالية في هذه الأثناء منع انتشار الحرارة وكذلك امتصاص الحرارة.

تحليل على المواد

• ايروجيل

يُطلق على Airgel اسم "أخف مادة عازلة للحرارة". يتم تنفيذه بشكل جيد في العزل الحراري وخفيف الوزن. يستخدم على نطاق واسع في وحدة البطارية لحماية الانتشار الحراري. هناك أنواع عديدة من الإيروجيل، مثل الإيروجيل بثاني أكسيد السيليكون، والإيروجيل، والإيروجيل المصنوع من الألياف الزجاجية، والألياف المؤكسدة مسبقًا. طبقة العزل الحراري من مواد مختلفة لها تأثير مختلف على الانفلات الحراري. وذلك بسبب تنوع معامل التوصيل الحراري، والذي يرتبط بشكل كبير ببنيته الدقيقة. يوضح الشكل 2 مظهر SEM لمواد مختلفة قبل وبعد الحرق.

تظهر الأبحاث أنه على الرغم من أن سعر العزل الحراري للألياف أقل، إلا أن أداء منع انتشار الحرارة أسوأ من مادة الهلام الهوائي. من بين الأنواع المختلفة من مواد الإيروجيل، فإن الإيروجيل الليفي المؤكسد مسبقًا هو الأفضل، لأنه يحافظ على البنية بعد الاحتراق. تعمل مادة الإيروجيل المصنوعة من ألياف السيراميك أيضًا بشكل جيد في العزل الحراري.

• مواد تغيير المرحلة

تُستخدم أيضًا مادة تغيير الطور على نطاق واسع لقمع الانتشار الحراري الجامح بسبب تخزينها للحرارة. الشمع عبارة عن PCM شائع، مع درجة حرارة متغيرة في الطور. أثناء الحراريةاهرب، يتم إطلاق الحرارة بشكل كبير. ولذلك ينبغي أن يكون PCM عاليةأداءمن امتصاص الحرارة. ومع ذلك، فإن الشمع لديه موصلية حرارية منخفضة، مما سيؤثر على امتصاص الحرارة. ولتعزيز أدائه، يحاول الباحثون دمج الشمع مع مواد أخرى، مثل إضافة جزيئات معدنية، واستخدام الرغوة المعدنية لتحميل PCM، وإضافةالجرافيتأو أنبوب الكربون النانوي أو الجرافيت الموسع، وما إلى ذلك. يمكن للجرافيت الموسع أيضًا كبح اللهب الناتج عن الانفلات الحراري.

البوليمر المحبب للماء هو أيضًا نوع من PCM لتقييد المدرج الحراري. مواد البوليمر المحبة للماء الشائعة هي: ثاني أكسيد السيليكون الغروي، ومحلول كلوريد الكالسيوم المشبع،رباعي إيثيل الفوسفاتتترافوسفات هيدروجين الفينيل، سبولي أكريلات الصوديوم، إلخ.

•  مادة هجينة

لا يمكن كبح الانفلات الحراري إذا اعتمدنا فقط على الأيروجيل. ل بنجاحعزلالحرارة، ونحن بحاجة إلى الجمع بين ايروجيل مع PCM.

إلى جانب المواد الهجينة، يمكننا أيضًا إنشاء مواد متعددة الطبقات بمعاملات توصيل حراري مختلفة في اتجاهات مختلفة. يمكننا استخدام مادة موصلية حرارية عالية لتوصيل الحرارة خارج الوحدة، ووضع مادة عازلة للحرارة بين الخلايا لتقييد الانتشار الحراري.

خاتمة

يعد التحكم في الانتشار الحراري الجامح موضوعًا معقدًا. بعض الشركات المصنعة قدمت بعض الحلول للحد من انتشار الحرارة، لكنها لا تزال تبحث عن شيء جديد، من أجل خفض التكلفة والتأثير على كثافة الطاقة. ما زلنا نركز على أحدث الأبحاث. لا يوجد"مادة فائقة" والتي يمكن أن تمنع الهروب الحراري تمامًا. ويتطلب الأمر العديد من التجارب للوصول إلى أفضل الحلول.