Le barriere 3D personalizzabili prevengono la fuga termica nei veicoli elettrici

Stephen Moore | 24 agosto 2023

Le batterie agli ioni di litio ad alta densità di energia che aumentano l’autonomia aumentano il rischio di fuga termica. Come misura preventiva, Freudenberg Sealing Technologies ha sviluppato barriere termiche fabbricate mediante stampaggio a iniezione ed estrusione che aiutano a rallentare la fuga termica aumentando la resistenza alla propagazione. Le nuove barriere termiche tridimensionali (3D) possono essere utilizzate in varie posizioni all’interno della batteria e si sono già dimostrate affidabili nelle prime produzioni in serie.

Si prevede che entro il 2030 circoleranno sulle strade di tutto il mondo oltre 100 milioni di auto elettriche. Per rendere l’elettromobilità più efficiente in futuro, molti produttori stanno lavorando per ottenere autonomie più elevate e tempi di ricarica più brevi. Ecco perché le batterie ad alte prestazioni sono una delle priorità in questo sviluppo. Ma nelle batterie agli ioni di litio, una maggiore densità di energia aumenta il rischio di fuga termica. Freudenberg Sealing Technologies ha sviluppato barriere termiche per questo ambiente difficile, rallentando o addirittura arrestando la fuga termica aumentando la resistenza alla propagazione termica.

“La novità assoluta è che le barriere termiche sono ora disponibili anche in geometrie 3D flessibili e personalizzate, che ne rendono possibile l’utilizzo in varie posizioni all’interno della batteria e consentono l’integrazione di componenti aggiuntivi”, ha affermato Andrew Espinoza, vicepresidente globale , tecnologia, della divisione Oil Seals Powertrain & Driveline di Freudenberg Sealing Technologies.

La fuga termica, ovvero l'accensione o l'esplosione di una cella della batteria causata da un processo di riscaldamento autorinforzante, rappresenta un significativo problema di sicurezza. Può essere causato da una serie di fattori interni ed esterni, come sovraccarico, scaricamento eccessivo, danni o surriscaldamento della batteria. La fuga termica rilascia non solo fiamme e gas caldi ma anche particelle elettricamente conduttrici. Questi, a loro volta, possono causare propagazione termica nelle celle adiacenti e portare a cortocircuiti nell'impianto elettrico. Le barriere termiche agiscono come strati protettivi che rallentano o addirittura impediscono la diffusione del calore e delle fiamme nella batteria, aumentando notevolmente la sicurezza.

Oltre le barriere bidimensionali esistenti, come tappetini piani e coperte termiche, la variante 3D apre possibilità completamente nuove. Le geometrie 3D specifiche del cliente possono essere prodotte in una varietà di processi di produzione ad alto e basso volume, come lo stampaggio a iniezione e l'estrusione continua. Guarnizioni profilate, separatori di moduli e coperture, comprese quelle per sbarre collettrici, linee di raffreddamento o componenti elettrici, sono esempi di prodotti attualmente realizzati. Inoltre, le complesse geometrie 3D prodotte sono leggere e hanno un impatto minimo sul peso complessivo della batteria.

Gli esperti di materiali di Freudenberg Sealing Technologies hanno sviluppato materiali termoisolanti, resistenti al calore, elettrici e termici specifici per queste applicazioni. I test su questi materiali sono stati completati internamente, dimostrando che possono resistere in sicurezza a temperature fino a 1.200°C. Composizioni speciali rendono questi polimeri compositi altamente resistenti al calore. Inoltre li rende resistenti agli impatti delle particelle, come quelli che si verificano quando le celle vengono ventilate. Le barriere termiche 3D utilizzano soluzioni elastomeriche, sia in forma solida che in schiuma, nonché componenti plastici stampati in Quantix Ultra, che consentono geometrie complesse.

I compound Quantix Ultra sono materiali termoplastici semicristallini con temperature di transizione vetrosa significativamente più elevate rispetto ai materiali termoplastici convenzionali. Tuttavia, una volta superata la temperatura di transizione vetrosa, anziché fondersi, il materiale diventa elastico. In un test di laboratorio, un campione del materiale di spessore inferiore a un millimetro è sopravvissuto per 10 minuti in una fiamma che ha raggiunto una temperatura di 1.200°C.

“Le barriere termiche tridimensionali e i materiali utilizzati sono stati sottoposti a test approfonditi che superano gli standard richiesti. Hanno dimostrato le loro eccezionali prestazioni e affidabilità nei test al banco e nei test del sistema di batterie. I prodotti soddisfano i più alti standard di qualità, sono certificati secondo UL 94 V-0 e vengono già utilizzati con successo nella prima produzione in serie per l’industria automobilistica”, ha affermato Espinoza.