Nuove strategie con adesivi PSA per prevenire e mitigare il runaway termico nei pacchi batteria

La transizione verso l’elettrificazione ha incrementato la domanda per batterie ad alte prestazioni, accelerando la necessità di soluzioni scalabili per la gestione termica. Questo è particolarmente rilevante con l’aumento della densità e della velocità di carica, che intensificano gli effetti dei guasti come il runaway termico. La progettazione e l’implementazione di soluzioni termiche rappresentano un grande sfida per gli ingegneri. I pacchi batteria moderni sono complessi e densi, richiedendo materiali efficaci, leggeri e facili da integrare nei processi di produzione. I adesivi PSA (pressure-sensitive adhesive), come quelli prodotti da Avery Dennison Performance Tapes, emergono come una scelta promettente per affrontare queste sfide.

Adesivi PSA: versatilità e durata

Il fondamento di un adesivo PSA è l’adesivo, che può essere ingegnerizzato con formulazioni specifiche per offrire profili unici in termini di resistenza e durata. Questi adesivi sono progettati per resistere a stressori come calore, sostanze chimiche e forze meccaniche. I adesivi PSA sono versatili, leggeri, sottili e scalabili, con un tempo di asciugatura istantaneo che permette un’applicazione rapida sia manuale che automatizzata. Possono essere personalizzati per soddisfare diverse esigenze, come la creazione di barriere antifiamma o isolanti elettrici, grazie a lamine di mica o film dielettrici.

Strategia multifase per la gestione termica

Per prevenire e mitigare il runaway termico, gli ingegneri devono adottare una strategia multifase che affronti la trasmissione del calore, l’isolamento termico e la gestione dei materiali ventilati. La prima fase si concentra sull’incremento della trasmissione del calore mantenendo l’isolamento elettrico. I prodotti Volt Tough™ di Avery Dennison utilizzano un film dielettrico e un adesivo acrilico, permettendo una riduzione del 66% della resistenza termica rispetto a una vernice. Questo favorisce una trasmissione del calore fino a tre volte più rapida, riducendo le temperature massime durante la carica rapida.

La seconda fase si occupa della creazione di barriere per mitigare il runaway termico. I adesivi PSA a bassa conducibilità termica possono laminare e incapsulare materiali isolanti come la mica, l’aerogel o il carta ceramica, creando una costruzione robusta che bilancia l’isolamento termico e la resistenza meccanica. Adesivi in grado di resistere a temperature fino a 500°C per brevi periodi offrono un’adesione affidabile. Avery Dennison offre formulazioni speciali per l’uso in processi automatizzati, evitando danni a materiali fragili.

La gestione dei gas e delle fiamme durante il guasto è cruciale per prevenire esplosioni e danni estesi. I adesivi PSA anisotropi di Avery Dennison offrono una soluzione elegante per gestire il fallimento delle celle. Questi adesivi sono applicati strategicamente sui porti di ventilazione delle celle, con una vernice antifiamma che permette una risposta diversa su ciascun lato quando esposti a fiamme. Durante un evento termico, il nastro si rompe per permettere l’espulsione di gas e fiamme nel canale di ventilazione, senza permettere che questi influenzino le celle vicine.

La performance dei nastro deve essere allineata con i modi di fallimento termico della chimica delle celle. Le celle NMC (Nickel Manganese Cobalt) presentano una stabilità termica inferiore e iniziano il runaway termico a temperature più basse. Durante il fallimento, il catodo si decompone esotermicamente, rilasciando ossigeno che alimenta la combustione, portando a temperature superficiali di 800-1050°C. Le strategie di ventilazione devono prioritizzare il canale di fiamma e la deviazione delle particelle. I nastro come l’ES 3505 bruciano rapidamente per deviare i getti ad alta velocità nei canali di scarico, mentre i nastro ibridi ceramica-rubber come l’ES 3507 prevengono l’espulsione di particelle che potrebbero perforare i divisori strutturali. La combinazione di materiali e tecnologie specifiche permette una gestione termica avanzata e sicura. La soluzione proposta si basa su una strategia multifase che integra materiali innovativi e processi di produzione ottimizzati. Questo approccio non solo migliora la sicurezza, ma anche la durata e l’efficienza dei pacchi batteria, soddisfacendo le esigenze crescenti del settore elettrico.