Kiến thức ngành
Cơ chế cách nhiệt và cấu trúc nano của màng Airgel
Hiệu suất cách nhiệt đặc biệt của Phim bao bì chống cháy Airgel bắt nguồn từ bộ khung silica xốp nano, giúp ngăn chặn cả ba phương thức truyền nhiệt. Với đường kính lỗ rỗng tập trung từ 2 đến 50 nanomet—nhỏ hơn đáng kể so với đường đi tự do trung bình của các phân tử không khí ở áp suất xung quanh (khoảng 70 nm)—hiệu ứng Knudsen bẫy các phân tử khí trong mạng lưới lỗ rỗng, làm giảm độ dẫn nhiệt của khí xuống dưới 0,005 W/m·K. Sự dẫn truyền ở pha rắn bị cản trở bởi khung silica rất ngoằn ngoèo mà các chuỗi hạt liên kết với nhau tạo ra đường dẫn nhiệt dài hơn 100 lần so với độ dày màng. Sự truyền nhiệt bức xạ được giảm thiểu thông qua việc kết hợp các chất làm mờ như các hạt nano titan dioxide hoặc cacbua silic làm phân tán bức xạ hồng ngoại trong phạm vi bước sóng 2–8 μm. Tổng độ dẫn nhiệt thu được của màng aerogel có công thức phù hợp có thể thấp tới 0,015–0,020 W/m·K ở nhiệt độ phòng, một giá trị không thể so sánh được với bọt polyme thông thường hoặc thảm sợi có độ dày tương đương.
Vai trò quan trọng của sự phân bố kích thước lỗ chân lông trong việc ức chế truyền nhiệt
Duy trì sự phân bố kích thước lỗ hẹp là điều cần thiết để có hiệu suất nhiệt ổn định trên toàn bộ Phim Bao bì Chống cháy Airgel. Nếu một phần lỗ chân lông vượt quá 100nm, dòng đối lưu cục bộ có thể bắt đầu trong các khoảng trống lớn hơn, làm giảm khả năng chịu nhiệt hiệu quả tổng thể. Các quy trình sản xuất dựa vào sấy CO₂ siêu tới hạn hoặc sấy áp suất xung quanh với sự thay đổi bề mặt được kiểm soát sẽ đạt được độ xốp 90–98% trong khi vẫn giữ kích thước lỗ trung bình dưới 40 nm. Diện tích bề mặt riêng thu được, thường là 600–1000 m2/g được đo bằng phương pháp hấp phụ nitơ BET, tương quan trực tiếp với cả hiệu suất cách nhiệt và khả năng chống cháy, vì diện tích bề mặt bên trong cao thúc đẩy sự hình thành than và làm loãng khí dễ cháy khi tiếp xúc với lửa.
Hiệu suất rào cản lửa trong các kịch bản lan truyền nhiệt
Trong các mô-đun pin năng lượng mới, sự thoát nhiệt của một tế bào có thể dẫn đến sự kiện thảm khốc ở cấp độ gói chỉ trong vài giây. Phim đóng gói chống cháy Airgel hoạt động như một lớp xen kẽ chống cháy làm trì hoãn quá trình truyền nhiệt giữa các tế bào đủ lâu để hệ thống quản lý pin kích hoạt các biện pháp bảo vệ. Khi tiếp xúc với ngọn lửa propan ở nhiệt độ 600°C theo quy trình thử nghiệm UL 2596, màng aerogel dày 1,0 mm duy trì nhiệt độ mặt lạnh dưới 180°C trong hơn 10 phút, trong khi ma trận silica vẫn ổn định về kích thước mà không bị tan chảy hoặc nhỏ giọt. Hiệu suất này là do tính không cháy vốn có của silica và khả năng tạo thành một rào cản giống như gốm kết dính của màng, ngăn chặn cả sự tiếp xúc của ngọn lửa đối lưu và dòng nhiệt dẫn qua tiếp xúc trực tiếp giữa các hạt.
| Chất liệu | Độ dẫn nhiệt (W/m·K) | Xếp hạng UL 94 | Độ dày điển hình (mm) | Mật độ (g/cm³) |
| Phim bao bì chống cháy Airgel | 0,015–0,020 | V-0 | 0,2–2,0 | 0,10–0,25 |
| Tấm Mica | 0,20–0,35 | V-0 | 0,5–3,0 | 1,8–2,5 |
| Giấy sợi gốm | 0,08–0,15 | V-0 | 1,0–5,0 | 0,15–0,30 |
Khả năng sản xuất và tùy chỉnh lớp phủ bề mặt
Công ty TNHH Vật liệu Mới An Huy Yanhe, tọa lạc trên khu đất rộng 17 mẫu Anh ở Khu Phát triển Kinh tế Quảng Đức phía Tây, từ năm 2012 đã phát triển và sản xuất các vật liệu dán nhãn đặc biệt, băng chức năng cho ngành công nghiệp điện tử và các sản phẩm kết dính cho các vật liệu màng chức năng khác nhau. Công ty áp dụng các lớp phủ bề mặt tương ứng dựa trên yêu cầu chức năng của các bề mặt khác nhau của khách hàng, cho phép sản xuất Phim đóng gói chống cháy Airgel tùy chỉnh với các đặc tính bề mặt được thiết kế chính xác. Thông qua hợp tác với các trường đại học và tổ chức nghiên cứu khoa học trong và ngoài nước, công ty tận dụng các công nghệ nghiên cứu và phát triển vật liệu mới tiên tiến của ngành cũng như khả năng sản xuất tùy chỉnh để cung cấp các giải pháp tích hợp cho vật liệu chức năng. Cơ sở hạ tầng này cho phép ứng dụng các lớp phủ bảo vệ riêng biệt nhằm giải quyết các thách thức môi trường cụ thể gặp phải trong bộ pin xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng.
Tùy chọn lớp phủ chức năng để tăng cường độ bền môi trường
Màng aerogel cơ bản có thể được ép hoặc phủ bằng nhiều lớp chức năng khác nhau. Lớp phủ fluoropolymer mỏng mang lại tính kỵ nước với góc tiếp xúc với nước vượt quá 130°, ngăn chặn sự hấp thụ độ ẩm có thể làm giảm hiệu suất nhiệt trong môi trường ẩm ướt. Đối với các ứng dụng yêu cầu khả năng chống mài mòn cực cao, có thể sử dụng lớp phủ cứng xử lý bằng tia cực tím chứa đầy gốm để tăng độ cứng của bút chì lên 6H hoặc cao hơn, bảo vệ màng khỏi bị mài mòn trong quá trình lắp tế bào và lắp ráp mô-đun. Lớp phủ nhôm hoặc đồng kim loại hóa có thể được áp dụng có chọn lọc thông qua lắng đọng hơi vật lý để tạo ra lớp che chắn nhiễu nhiệt và điện từ kết hợp, tăng thêm ít hơn 10 μm vào tổng độ dày trong khi vẫn duy trì đặc tính nhẹ của màng.
Tính toàn vẹn cơ học và khả năng phục hồi nén trong lắp ráp mô-đun
Đặc tính nhẹ và độ bền cao của Phim đóng gói chống cháy Airgel rất quan trọng trong quá trình lắp ráp mô-đun pin, trong đó khoảng cách giữa các tế bào thường giảm xuống dưới 1 mm để tối đa hóa mật độ năng lượng thể tích. Mặc dù có độ xốp cao, mạng lưới silica aerogel được gia cố bằng chất mang thảm sợi không dệt (thường là sợi thủy tinh hoặc sợi PET) có mô đun nén 0,5–5 MPa và có thể phục hồi trên 90% độ dày ban đầu sau khi được nén tới mức biến dạng 50% trong 24 giờ ở 60°C. Khả năng phục hồi nén này đảm bảo rằng màng duy trì sự cách ly nhiệt và điện giữa các tế bào lân cận ngay cả sau hàng trăm chu kỳ phóng điện gây ra sự giãn nở và co lại nhẹ của vỏ tế bào. Độ bền kéo của màng, thường nằm trong khoảng 1–5 MPa, cung cấp đủ khả năng xử lý chắc chắn cho quá trình chuyển đổi cuộn sang cuộn và lắp ráp chọn và đặt tự động mà không bị rách hoặc bong tróc sợi có thể làm nhiễm bẩn các kết nối của pin.
Khả năng tương thích với hệ thống hóa học pin và điện phân
Môi trường hóa học bên trong bộ pin đặt ra yêu cầu về khả năng tương thích lâu dài mà nhiều vật liệu cách nhiệt gốc hữu cơ không đáp ứng được. Phim đóng gói chống cháy Airgel thể hiện khả năng chịu nhiệt độ cao lên tới 600°C trong môi trường oxy hóa và lên đến 1000°C trong điều kiện trơ, trong khi hóa học silica của nó về bản chất có khả năng kháng axit hydrofluoric có thể hình thành từ quá trình phân hủy chất điện phân LiPF₆. Các thử nghiệm lão hóa cấp tốc trong đó màng được ngâm trong hỗn hợp ethylene cacbonat, dimethyl cacbonat và LiPF₆ 1M ở 85°C trong 500 giờ cho thấy sự mất khối lượng không đáng kể và không phát hiện được sự suy giảm độ dẫn nhiệt. Đặc tính chống ăn mòn hóa học áp dụng cho các chất lỏng làm mát, dầu điện môi và dung môi làm sạch thường được sử dụng, đảm bảo độ ổn định và độ bền của màng trong suốt thời gian sử dụng của ắc quy xe điện hoặc lắp đặt lưu trữ năng lượng cố định.
- Silica aerogel không bị ảnh hưởng bởi các cơ chế phân hủy oxy hóa khiến bọt polyolefin trở nên giòn, duy trì tính linh hoạt cơ học của nó qua hàng nghìn chu kỳ nhiệt.
- Phim không chứa chất chống cháy halogen hóa, loại bỏ nguy cơ tạo ra sản phẩm phụ ăn mòn khi tiếp xúc với hồ quang điện hoặc nhiệt độ cao kéo dài.
- Chất cản quang oxit kim loại được tích hợp vào ma trận aerogel đóng vai trò là chất tẩy axit, trung hòa các loại axit có thể thấm vào màng từ chất điện phân bị phân hủy.
- Phim đóng gói chống cháy Airgel tùy chỉnh có thể được tạo thành với một lớp lá nhôm mỏng đóng vai trò vừa là rào cản khí vừa là tấm chắn lửa bổ sung mà không ảnh hưởng đến cấu hình nhẹ tổng thể.
Chiến lược tích hợp với hệ thống quản lý nhiệt
Trong bộ pin xe điện, màng đóng gói chống cháy aerogel hiếm khi được triển khai như một giải pháp độc lập; thay vào đó, nó bổ sung các tấm làm mát bằng chất lỏng, vật liệu thay đổi pha và các kênh làm mát không khí. Một thiết kế phổ biến đặt màng aerogel như một lớp bọc xung quanh các tế bào hình lăng trụ riêng lẻ hoặc như các dải phân cách giữa các lớp giữa các hàng tế bào, hướng nhiệt về phía bề mặt làm mát đồng thời ngăn chặn sự lan truyền ngọn lửa theo chiều ngang. Bản chất có thể nén của màng cho phép nó được kết hợp với các miếng đệm nhiệt lấp đầy khoảng trống dẫn nhiệt đến hệ thống làm mát trong khi lớp aerogel chặn nhiễu xuyên âm nhiệt. Các nhà sản xuất có thể chỉ định các mẫu cắt theo khuôn với các đường cắt và khe chính xác phù hợp với các kết nối thanh cái và tính năng thông gió, cho phép tích hợp liền mạch vào dây chuyền lắp ráp tự động. Khả năng cung cấp các cuộn chuyển đổi tùy chỉnh này trực tiếp từ một cơ sở chuyển đổi chuyên dụng đảm bảo rằng các nhà thiết kế bao bì có thể nhận được các thành phần sẵn sàng để cài đặt thay vì kho tấm thô, giảm rủi ro về chất lượng và xử lý tại chỗ.
