المواد العازلة في بطاريات الليثيوم الثلاثية وبطاريات LiFePO4: منظور السلامة

يعد فوسفات حديد الليثيوم (LiFePO4) وبطاريات الليثيوم الثلاثية نوعين من البطاريات شائعة الاستخدام في صناعة مركبات الطاقة الجديدة. تستخدم هذه البطاريات حلول مواد مختلفة لتعزيز العزل ضد الحرائق وحماية السلامة الحرارية. 

خطر الهروب الحراري:

بطاريات الليثيوم الثلاثية: نظرًا لتركيبتها الكيميائية وكثافة الطاقة العالية، تشكل بطاريات الليثيوم الثلاثية خطرًا متزايدًا للانفلات الحراري في ظل ظروف غير طبيعية مثل الشحن الزائد، أو الإفراط في التفريغ، أو درجات الحرارة المرتفعة. وهذا يمكن أن يؤدي إلى ارتفاع خطر حوادث الحريق.

بطاريات LiFePO4: تعتبر بطاريات LiFePO4 أكثر أمانًا نسبيًا، حيث تظهر قدرة تحمل قوية تجاه درجات الحرارة المرتفعة والشحن الزائد والتفريغ الزائد. وبالتالي، فإن الطلب على الحماية من الحرائق والعزل الحراري أقل نسبيًا بالنسبة لبطاريات LiFePO4.

مواد العزل:

بطاريات الليثيوم الثلاثية: للتخفيف من المخاطر المحتملة المرتبطة بالانفلات الحراري، تتطلب بطاريات الليثيوم الثلاثية عادةً مواد عزل عالية الجودة أثناء عمليات التصميم والتصنيع. قد تشتمل هذه المواد على عزل مقاوم للحريق بدرجة حرارة عالية، وشريط عازل، وحشوات عازلة، ومكونات مماثلة.

بطاريات LiFePO4: نظرًا لسلامتها المتأصلة وتحملها لدرجات الحرارة العالية، تتطلب بطاريات LiFePO4 بشكل عام مواد عزل قياسية وتصميمات لتلبية متطلبات الحماية من الحرائق والعزل الحراري.

حلول الحماية من الحرائق والعزل الحراري لبطاريات LiFePO4:

مادة البولي بروبيلين الدقيقة المسامية (MPP): يستخدم مادة البولي بروبيلين الدقيقة المسامية على نطاق واسع كطبقة مقاومة للحريق وعازلة للحرارة في بطاريات LiFePO4. تتميز هذه المادة بخصائص عزل حراري وكهربائي ممتازة، مما يقلل من فقدان الحرارة ويعزز الكفاءة الحرارية للبطارية. تشمل الخصائص الرئيسية لـ MPP ما يلي:

أداء عزل استثنائي: يعمل هيكل المسام المجهري لـ MPP على عزل الأقطاب الكهربائية الإيجابية والسلبية داخل وحدة البطارية بشكل فعال، مما يمنع اختراق المنحل بالكهرباء. يمكن استخدامه كفاصل للبطارية، مما يضمن التشغيل الآمن لنظام البطارية عن طريق تجنب الدوائر القصيرة وتسرب التيار.

مطاط السيليكون الخزفي: يتم استخدام مطاط السيليكون الخزفي بشكل شائع كطبقة واقية للسلامة في بطاريات LiFePO4. لتعزيز مقاومة الحريق بشكل أكبر، غالبًا ما يتم وضع طبقة من الألياف الزجاجية فوق مطاط السيليكون الخزفي. في حالة نشوب حريق، يتحول مطاط السيليكون الخزفي إلى كتلة سيراميك صلبة، مما يمنع انتشار الحريق. فهو يعزل ويقاوم درجات الحرارة المرتفعة التي تولدها البطارية بشكل فعال، مما يحمي نظام البطارية من أضرار الحرارة.

رغوة السيليكون: تُستخدم رغوة السيليكون، وهي مادة مرنة وناعمة، بشكل متكرر لملء الفجوات بين وحدات بطارية LiFePO4. فهو يوفر عزلًا حراريًا ممتازًا وتأثيرات تخزين مؤقت، مما يقلل من نقل الحرارة والاهتزازات مع تحسين أداء الإدارة الحرارية للبطارية. تشمل الميزات الرئيسية لرغوة السيليكون ما يلي:

أداء عزل حراري فائق: تتميز رغوة السيليكون بموصلية حرارية منخفضة، مما يعزل توصيل الحرارة بشكل فعال داخل وحدة البطارية ويقلل من فقدان الحرارة. يؤدي ذلك إلى تعزيز كفاءة استخدام الطاقة في نظام البطارية وإطالة عمر دورة البطارية.

مقاومة درجات الحرارة العالية: تحافظ رغوة السيليكون على ثباتها الهيكلي والأداءي في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة، وهو أمر بالغ الأهمية لأنظمة البطاريات. إنه يعزل ويقاوم بشكل فعال تأثير درجات الحرارة المرتفعة الناتجة عن البطارية.

حلول العزل الحراري والحريق لبطاريات الليثيوم الثلاثية:

Aerogel: Aerogel، مادة مسامية للغاية ذات خصائص عزل حراري استثنائية، تستخدم على نطاق واسع كطبقة عازلة للحرارة في بطاريات الليثيوم الثلاثية. تشمل الميزات الرئيسية للإيروجيل ما يلي:

موصلية حرارية منخفضة: يُظهر Airgel موصلية حرارية منخفضة للغاية، مما يعزل التوصيل الحراري بشكل فعال داخل البطارية ويقلل من فقدان الحرارة. يؤدي ذلك إلى تحسين الإدارة الحرارية للبطارية ويقلل من خطر ارتفاع درجة الحرارة.

مسامية عالية: يوفر هيكل المسام المفتوح للغاية من الإيروجيل مساحة سطح أكبر، مما يعزز العزل ويمنع نقل الحرارة وتسرب التيار بين مكونات البطارية الداخلية. وهذا يساهم في تحسين سلامة البطارية.

خفيف الوزن ومرن: يتميز Airgel بخفة الوزن ويمكن تشكيله ليناسب أشكال وأحجام وحدات البطارية المختلفة دون إضافة وزن كبير.

لوحة الميكا: لوحة الميكا، المعروفة بمقاومتها الممتازة لدرجات الحرارة العالية، تُستخدم بشكل متكرر كحشية عزل حراري بين وحدات أو خلايا بطارية الليثيوم الثلاثية. يمنع انتقال الحرارة ويقلل من خطر حدوث دوائر قصيرة. تشمل الخصائص الرئيسية للوحة الميكا ما يلي:

خصائص عزل ممتازة: تتميز صفائح الميكا بأداء عزل متميز.

مقاومة درجات الحرارة العالية: تحافظ ألواح الميكا على الثبات في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة، مما يضمن المتانة داخل بطاريات مركبات الطاقة الجديدة التي تولد درجات حرارة عالية أثناء التشغيل. تتحمل لوحة الميكا درجات الحرارة المرتفعة داخل وحدة البطارية، مما يحمي المكونات المحيطة من التلف الناتج عن الحرارة.

في الختام، تستخدم بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد وبطاريات الليثيوم الثلاثية حلول مواد مختلفة للحماية من الحرائق وإجراءات السلامة للعزل الحراري. تستخدم بطاريات LiFePO4 غالبًا مواد بولي بروبيلين مسامية،