Akumulátory energie a energie sú zostavené sériovým a paralelným spojením článkov, ale články nie sú vo vzájomnom priamom kontakte. Lítium{1}}iónové články podstupujú počas nabíjania a vybíjania objemovú expanziu, takže medzi články musia byť usporiadané vyrovnávacie materiály, aby absorbovali mechanické napätie. V súčasnosti sú penové materiály široko prijímané na uspokojenie požiadaviek na dynamické tlmenie a statickú podporu.
01 Fenomén lítium{1}}iónových batériových modulov
Lítium-iónové batérie sa živo nazývajú „batérie hojdacieho kresla“: poháňané rozdielom potenciálu, lítium-iónové premieňajú medzi katódami a anódami a ukladajú a uvoľňujú elektrickú energiu.
Napriek tomu interkalácia a deinterkalácia Li⁺ do a von z katódových a anódových aktívnych materiálov spôsobuje objemovú expanziu aktívnych látok. Takýto opuch spadá do dvoch kategórií: reverzibilný opuch a nezvratný opuch. Nezvratný opuch sa neustále hromadí so zvyšujúcim sa počtom cyklov nabíjania{2}}vybíjania.
Existujú tri hlavné príčiny opuchu buniek: elektrochemický opuch, opuch vytvárania plynov a teplotné účinky.
Epoxidové dosky sa bežne používajú ako vyrovnávacie materiály medzi olovenými -kyselinovými batériami pre dvoj-kolesové elektrické vozidlá. Epoxidové dosky sa však vyznačujú vysokou krehkosťou a nulovou pružnosťou, pričom nedokážu absorbovať silu expanzie buniek. Preto nie sú vhodné ako vyrovnávacie materiály pre lítium-iónové batérie napriek ich mimoriadne-nízkej cene.
Kremíkové -anódové lítium{1}}iónové batérie poskytujú výrazne vyššiu hustotu energie v porovnaní s náprotivkami s uhlíkovou -anódou, čo predstavuje efektívny prístup k ďalšiemu zvýšeniu hustoty energie batérie. Ich nadmerná rýchlosť napučiavania (hrúbka stúpne o 15 % až 30 % po 100 cykloch) však dlho bránila rozsiahlemu{7}}komerčnému použitiu.
02 Hlavné typy vyrovnávacích materiálov
Opuch buniek je prirodzenou vlastnosťou počas celej životnosti batérií. Zmiernenie nepriaznivých vplyvov spôsobených opuchom sa stáva rozhodujúcim pre predĺženie životnosti batérie.
Neschopnosť dostatočne tlmiť ireverzibilné napučiavanie buniek ďalej urýchli degradáciu kapacity.
Štyri základné pravidlá, ktorými sa riadi opuch lítium-iónových buniek:
Priestorové rozloženie: Expanzná sila v centrálnej zóne je väčšia ako sila na okrajoch.
Korelácia kapacity: Väčšia kapacita článku zodpovedá vyššej rýchlosti napučiavania (články na skladovanie energie majú vo všeobecnosti veľké kapacity).
Bunková chémia: Ternárne bunky napučiavajú silnejšie ako bunky LFP. Bunky NCM811 dosahujú rýchlosť napučiavania 6 % – 8 %, zatiaľ čo bunky LFP dosahujú iba 3 % – 5 %. Vo všeobecnosti bunky s vyššou hustotou energie vykazujú vyššiu rýchlosť napučiavania.
Počet cyklov: Nezvratný opuch sa hromadí so zvyšujúcimi sa cyklami nabíjania-vybíjania, čo vedie k väčšej celkovej expanzii buniek.
Nárazníkové materiály sú preto nepostrádateľnými komponentmi modulov, ktoré slúžia trom základným funkciám: distribúcia tlaku, kompenzácia posunu, tepelná izolácia a spomaľovač horenia.
(1) Silikónová pena
Základná silikónová živica má hustotu 1,17 g/cm³; po napenení hustota klesne na 0,16–0,20 g/cm³. Dosahuje vertikálnu retardáciu horenia UL94-V0 a nízke nastavenie kompresie. Silikónová pena sa odporúča pre vysokokapacitné moduly na ukladanie energie so silnou expanznou silou.
(2) EVA pena
EVA pena je široko viditeľná v každodenných produktoch, ako sú podrážky na papuče. Používatelia si môžu všimnúť jeho zjavnú nevýhodu: pätová časť sa po dlhodobom-používaní permanentne splošťuje, čo naznačuje vysokú kompresiu EVA. EVA pena je lacná-a používa sa hlavne medzi modulmi prizmatických buniek.
(3) CR pena
Pena CR, celým názvom Chloroprénová gumová pena, vyhovuje certifikácii spomaľujúcej horenie UL94 V-0 a environmentálnym normám RoHS. Vlastnosti: nízka hustota, nízka hmotnosť, nízka tvrdosť, vysoká stlačiteľnosť, vynikajúca tepelná izolácia a nehorľavosť, vynikajúca odolnosť a dlhá životnosť.
(4) PU pena
PU označuje kopolyméry zložené z nespočetných mikro{0}}pórov a štruktúr z polyuretánovej živice vrátane polymočoviny a modifikovaného polyuretánu. PU poskytuje mierne horšiu kompresnú odolnosť a väčšinou sa používa medzi modulmi vrecových buniek. Vlastnosti: porézna štruktúra, nízka hustota, vysoká špecifická pevnosť, slušný odraz a priepustnosť vzduchu, nízka hysterézna strata, vysoký pomer kompresného zaťaženia, dobrá odolnosť voči plameňu a vynikajúca odolnosť voči tepelnému starnutiu, starnutiu vlhkosťou a dynamickej únave.
(5) MPP pena
MPP je materiál z porézneho penového polypropylénu (PP), ktorý sa vyrába čistou technológiou superkritického oxidu uhličitého na vytváranie početných mikrónových -bublín vo vnútri substrátu. MPP spĺňa normy RoHS a REACH a je široko používaný v novom energetickom priemysle. Vlastnosti: ľahká, vysoká pevnosť, efektívna absorpcia nárazovej energie, vynikajúca retardácia horenia a tepelná odolnosť.
(6) Aerogél
Vyššie uvedené materiály sú elastické substráty primárne určené na absorbovanie sily expanzie buniek. Aerogél je ďalší široko používaný medzi-materiál zameraný na tepelnú izoláciu a spomaľovanie horenia; má tiež slušnú kompresiu, aby poskytoval mierny výkon vyrovnávacej pamäte. Napríklad pri zaťažení približne 200 kgf na module 1P13S sa aerogélová vrstva s hrúbkou 2,0 mm stlačí na približne 1,5 mm.
Aerogélové tepelnoizolačné fólie sú kompozitné materiály vyrobené z aerogélu oxidu kremičitého a substrátov z keramických vlákien. Vyznačujú sa nízkou hustotou, vysokou pórovitosťou, vysokou teplotnou odolnosťou a nízkou tepelnou vodivosťou, ktoré účinne blokujú šírenie tepla medzi bunkami počas tepelného úniku.
