Napájecí a energetické akumulátorové sady jsou sestaveny sériovým a paralelním spojením článků, ale články nejsou v přímém vzájemném kontaktu. Lithium-iontové články podléhají během nabíjení a vybíjení objemové expanzi, takže mezi články musí být uspořádány nárazníkové materiály, které absorbují mechanické namáhání. V současné době jsou pěnové materiály široce přijímány, aby uspokojily požadavky na dynamické tlumení i statickou podporu.
01 Bobtnající fenomén Lithium-iontových bateriových modulů
Lithium-iontové baterie se živě nazývají „baterie houpacího křesla“: Lithium-iontové baterie jsou poháněny rozdílem potenciálu a pohybují se tam a zpět mezi katodami a anodami, aby ukládaly a uvolňovaly elektrickou energii.
Nicméně interkalace a deinterkalace Li⁺ do az aktivních materiálů katody a anody způsobuje objemovou expanzi aktivních látek. Takový otok spadá do dvou kategorií: reverzibilní otok a nevratný otok. Nevratné nabobtnání se neustále hromadí se zvyšujícími se cykly nabíjení-vybíjení.
Existují tři základní příčiny otoku buněk: elektrochemický otok, otok při vytváření plynu a teplotní účinky.
Epoxidové desky se běžně používají jako nárazníkové materiály mezi olověnými-kyselinovými bateriemi pro dvou-kolová elektrická vozidla. Epoxidové desky se však vyznačují vysokou křehkostí a nulovou pružností, protože neabsorbují expanzní sílu buněk. Nejsou proto vhodné jako nárazníkové materiály pro lithium-iontové baterie, přestože mají velmi-nízkou cenu.
Křemíkové -anodové lithium-iontové baterie poskytují výrazně vyšší hustotu energie ve srovnání s protějšky s uhlíkovou -anodou, což představuje účinný přístup k dalšímu zvýšení hustoty energie baterie. Jejich nadměrná rychlost bobtnání (tloušťka stoupne o 15–30 % po 100 cyklech) však dlouho bránila rozsáhlému- komerčnímu využití.
02 Hlavní typy vyrovnávacích materiálů
Bobtnání článků je přirozenou vlastností po celou dobu životnosti baterií. Zmírnění nepříznivých dopadů způsobených otoky se stává zásadní pro prodloužení životnosti baterie.
Neschopnost adekvátně pufrovat ireverzibilní bobtnání buněk dále urychlí degradaci kapacity.
Čtyři základní pravidla pro bobtnání lithium-iontových buněk:
Prostorové rozložení: Expanzní síla ve středové zóně je větší než na okrajích.
Kapacitní korelace: Větší kapacita článku odpovídá vyšší rychlosti bobtnání (články akumulující energii mají obecně velké kapacity).
Chemie buněk: Ternární buňky bobtnají silněji než buňky LFP. Buňky NCM811 dosahují rychlosti bobtnání 6–8 %, zatímco buňky LFP dosahují pouze 3–5 %. Obecně buňky s vyšší hustotou energie vykazují vyšší rychlosti bobtnání.
Počet cyklů: Nevratné bobtnání se hromadí s rostoucími cykly nabíjení{0}}vybíjení, což vede k větší celkové expanzi buněk.
Tlumící materiály jsou proto nepostradatelnými součástmi modulů, které plní tři základní funkce: distribuci tlaku, kompenzaci posunu, tepelnou izolaci a zpomalení hoření.
(1) Silikonová pěna
Základní silikonová pryskyřice má hustotu 1,17 g/cm³; po napěnění hustota klesne na 0,16–0,20 g/cm³. Dosahuje vertikální retardace hoření UL94-V0 a nízkého nastavení komprese. Silikonová pěna se doporučuje pro vysokokapacitní moduly pro ukládání energie se silnou expanzní silou.
(2) EVA pěna
EVA pěna je široce vidět v každodenních produktech, jako jsou podrážky na pantofle. Uživatelé si mohou všimnout jeho zjevné nevýhody: patní část se po dlouhodobém-používání trvale zplošťuje, což ukazuje na vysokou kompresní sadu EVA. EVA pěna je levná-a používá se hlavně mezi moduly prizmatických buněk.
(3) CR pěna
Pěna CR, celým názvem Chloropren Rubber Foam, vyhovuje certifikaci zpomalující hoření UL94 V-0 a environmentálním normám RoHS. Vlastnosti: nízká hustota, nízká hmotnost, nízká tvrdost, vysoká stlačitelnost, vynikající tepelná izolace a nehořlavost, vynikající odolnost a dlouhá životnost.
(4) PU pěna
PU označuje kopolymery složené z bezpočtu mikro{0}}pórů a struktur z polyuretanové pryskyřice, včetně polymočoviny a modifikovaného polyuretanu. PU poskytuje mírně horší kompresní odolnost a většinou se používá mezi moduly pouzdrových buněk. Vlastnosti: porézní struktura, nízká hustota, vysoká měrná pevnost, slušný odraz a propustnost vzduchu, nízká hysterezní ztráta, vysoký kompresní poměr zatížení, dobrá odolnost proti plameni a vynikající odolnost proti tepelnému stárnutí, stárnutí vlhkostí a dynamické únavě.
(5) MPP pěna
MPP je materiál z porézního pěnového polypropylenu (PP) vyráběný čistou technologií superkritického oxidu uhličitého, která vytváří četné mikronové -bubliny uvnitř substrátu. MPP splňuje normy RoHS a REACH a je široce používán v novém energetickém průmyslu. Vlastnosti: lehká, vysoká pevnost, účinná absorpce nárazové energie, vynikající zpomalení hoření a tepelná odolnost.
(6) Aerogel
Výše uvedené materiály jsou elastické substráty primárně určené k absorbování expanzní síly buněk. Aerogel je dalším široce používaným mezi-buněčným materiálem zaměřeným na tepelnou izolaci a zpomalení hoření; má také slušnou komprimovatelnost, aby poskytoval střední výkon při ukládání do vyrovnávací paměti. Například při zatížení přibližně 200 kgf na modulu 1P13S se aerogelová vrstva o tloušťce 2,0 mm stlačí až na zhruba 1,5 mm.
Aerogelové tepelně izolační fólie jsou kompozitní materiály vyrobené ze silika-aerogelu a substrátů z keramických vláken. Vyznačují se nízkou hustotou, vysokou pórovitostí, vysokou teplotní odolností a nízkou tepelnou vodivostí, které účinně blokují šíření tepla mezi články během tepelného úniku.
