Barreras 3D personalizables evitan la fuga térmica en los vehículos eléctricos

Esteban Moore | 24 de agosto de 2023

Las baterías de iones de litio de alta densidad de energía que mejoran el alcance aumentan el riesgo de fuga térmica. Como medida preventiva, Freudenberg Sealing Technologies ha desarrollado barreras térmicas fabricadas mediante moldeo por inyección y extrusión que ayudan a frenar la fuga térmica aumentando la resistencia a la propagación. Las nuevas barreras térmicas tridimensionales (3D) se pueden utilizar en varios lugares dentro de la batería y ya han demostrado ser confiables en sus producciones en serie iniciales.

Se espera que para 2030 haya más de 100 millones de coches eléctricos circulando por las carreteras de todo el mundo. Para que la electromovilidad sea más eficiente en el futuro, muchos fabricantes están trabajando para lograr autonomías más altas y tiempos de carga más cortos. Por eso las baterías de alto rendimiento son una de las prioridades en este desarrollo. Pero en las baterías de iones de litio, una mayor densidad de energía aumenta el riesgo de fuga térmica. Freudenberg Sealing Technologies ha desarrollado barreras térmicas para este entorno desafiante, ralentizando o incluso deteniendo la fuga térmica aumentando la resistencia a la propagación térmica.

"Lo que es completamente nuevo es que las barreras térmicas ahora también están disponibles en geometrías 3D flexibles y personalizadas, lo que hace posible su uso en varias ubicaciones dentro de la batería y permite la integración de componentes adicionales", dijo Andrew Espinoza, vicepresidente global. , tecnología, de la división Oil Seals Powertrain & Driveline de Freudenberg Sealing Technologies.

La fuga térmica, que es la ignición o explosión de una celda de batería causada por un proceso de calentamiento autorreforzado, es un problema de seguridad importante. Puede ser causado por una variedad de factores internos y externos, como sobrecarga, descarga excesiva, daño o calentamiento de la batería. La fuga térmica no sólo libera llamas y gases calientes, sino también partículas conductoras de electricidad. Estos, a su vez, pueden provocar una propagación térmica en las células adyacentes y provocar cortocircuitos en el sistema eléctrico. Las barreras térmicas actúan como capas protectoras que ralentizan o incluso evitan que el calor y las llamas se propaguen en la batería, lo que aumenta significativamente la seguridad.

Más allá de las barreras bidimensionales existentes, como las alfombras planas y las mantas térmicas, la variante 3D abre posibilidades completamente nuevas. Se pueden producir geometrías 3D específicas del cliente en una variedad de procesos de fabricación de alto y bajo volumen, como el moldeo por inyección y la extrusión continua. Entre los productos que se fabrican actualmente se encuentran juntas de perfiles, separadores de módulos y cubiertas, también para barras colectoras, líneas de refrigeración o componentes eléctricos. Además, las complejas geometrías 3D fabricadas son livianas y tienen un impacto mínimo en el peso total de la batería.

Los expertos en materiales de Freudenberg Sealing Technologies han desarrollado materiales aislantes térmicos, eléctricos y resistentes al calor específicamente para estas aplicaciones. Las pruebas de estos materiales se han realizado internamente, lo que demuestra que pueden soportar con seguridad temperaturas de hasta 1200 °C. Las composiciones especiales hacen que estos polímeros compuestos sean altamente resistentes al calor. También los hace resistentes a los impactos de partículas, como los que se producen cuando se ventilan las células. Las barreras térmicas 3D utilizan soluciones de elastómeros, ya sea en forma sólida o como espuma, así como componentes plásticos moldeados con Quantix Ultra, lo que permite geometrías complejas.

Los compuestos Quantix Ultra son termoplásticos semicristalinos con temperaturas de transición vítrea significativamente más altas que los termoplásticos convencionales. Sin embargo, una vez que se excede la temperatura de transición vítrea, en lugar de fundirse, el material se vuelve elástico. En una prueba de laboratorio, una muestra del material de menos de un milímetro de espesor sobrevivió durante 10 minutos en una llama que alcanzó una temperatura de 1.200°C.

“Las barreras térmicas tridimensionales y los materiales utilizados han pasado por pruebas exhaustivas que superan los estándares requeridos. Han demostrado su excelente rendimiento y confiabilidad en pruebas de banco, así como en pruebas de sistemas de baterías. Los productos cumplen con los más altos estándares de calidad, están certificados según UL 94 V-0 y ya se están utilizando con éxito en la producción en serie inicial para la industria automotriz”, afirmó Espinoza.

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