سد حرارتی آئروژل سیلیکا در برابر گسترش فرار حرارتی باتری لیتیوم یون

در خودروی برقی، اگر یک سلول باتری دچار فرار حرارتی شود، گرما می تواند به سلول های کناری سرایت کند و کل بسته باتری را از بین ببرد. سد حرارتی، لایه عایقی است که میان سلول ها قرار می گیرد و همین سرایت را متوقف می کند. مقاله ای داوری شده که در ۲۱ اکتبر ۲۰۲۶ در ژورنال Symmetry منتشر شد، پنج ماده عایق تجاری را در شرایط یکسان ماژولی با هم مقایسه کرد: فوم پلی ایمید، آئروژل سیلیکای نانومتخلخل، الیاف سرامیکی، آئروژل الیاف پیش اکسیدشده و ورق میکا. آزمون روی ماژول هایی از سلول های کیسه ای سه تایی ۴ آمپرساعتی انجام شد و فرار حرارتی در سلول اول با اتصال کوتاه خارجی تحریک شد.

به گزارش مقاله، آئروژل سیلیکای نانومتخلخل بهترین عملکرد را داشت: اختلاف دما میان دو سطح آن تا ۴۸۴ درجه سانتی گراد رسید، در حالی که افزایش دمای سلول کناری زیر ۱۰۷ درجه سانتی گراد ماند و گسترش فرار حرارتی کاملا متوقف شد. کاهش جرم ماژول فقط ۱۷٫۶۳ گرم بود، یعنی نرخ افت ماده ۰٫۶۷ درصد. آئروژل الیاف پیش اکسیدشده هم گسترش را به خوبی مهار کرد، با نرخ افت ماده ۲٫۲۰ درصد. در مقابل، الیاف سرامیکی و ورق میکا فقط تا حدی گسترش را به تاخیر انداختند و سلول های کناری همچنان ترک خوردند و الکترولیت نشت کرد. فوم پلی ایمید نتوانست جلوی گسترش را بگیرد و فقط زمان کل گسترش را از ۴۲۴ ثانیه به ۶۷۸ ثانیه رساند، یعنی ۶۰ درصد بیشتر، و پس از آن کاملا سوخت.

بررسی ریزساختار با میکروسکوپ الکترونی نشان داد که در آئروژل ها فقط شکستگی جزئی الیاف رخ داد، در حالی که الیاف سرامیکی آسیب ساختاری شدید دید، ورق های میکا ترک خوردند و ذوب شدند و فوم پلی ایمید کاملا سوخته بود. نویسندگان نتیجه می گیرند که آئروژل سیلیکای نانومتخلخل، ماده ترجیحی برای مسدودکردن فرار حرارتی در باتری های لیتیوم یون است و راهنمایی عملی برای طراحی ایمنی حرارتی سامانه های باتری می دهد. این نتیجه، مربوط به آزمون آزمایشگاهی روی ماژول های ۴ آمپرساعتی با تحریک اتصال کوتاه است و نباید با تضمین عملکرد در همه بسته های واقعی اشتباه گرفته شود؛ کاربرد خودرویی آن به اعتبارسنجی در سطح بسته و تجربه تولید نیاز دارد.

منبع: Symmetry (MDPI، مقاله داوری شده)، ۲۱ اکتبر ۲۰۲۶، https://www.mdpi.com/2073-8994/18/10/1754

مرضیه رهنورد آهن