Technology Focus – The Three Musketeers of Coatings for EV Batteries

Μπαταρία

Η ηλεκτροκίνηση δεν είναι πλέον μια μελλοντική τάση αλλά μάλλον ένα σημερινό φαινόμενο. Τα ηλεκτρικά οχήματα (EV) είναι καθαρά, γρήγορα και προσφέρουν μια ευχάριστη οδηγική εμπειρία. Προσελκύουν συνειδητοποιημένους καταναλωτές και υποστηρίζουν μια βιώσιμη οικονομία. Τα ηλεκτρικά ηλεκτρικά αυτοκίνητα αναπτύσσονται ραγδαία για να κατακτήσουν την κυρίαρχη θέση στην αγορά της αυτοκινητοβιομηχανίας. Αυτή η παρόρμηση για μεγάλης κλίμακας υιοθέτηση της ηλεκτροκίνησης εξαπλώνεται τώρα από τα επιβατικά οχήματα στα επαγγελματικά οχήματα και τις μικρές αεροπορικές μονάδες.

Keon Lee

Keon Lee – EV Battery Expert

Ωστόσο, θα μπορούσαμε να συμφωνήσουμε όλοι ότι τα EV δεν είναι ακόμα απόλυτα έτοιμα να πάρουν τον θρόνο. Ως βιομηχανία, εξακολουθούμε να αντιμετωπίζουμε τον σχετικά μεγάλο χρόνο φόρτισης, το μεγάλο βάρος, τον κίνδυνο θερμικής διαφυγής και τα επίπεδα κόστους των μπαταριών ιόντων λιθίου. Οι κατασκευαστές μπαταριών και οι OEM ανταγωνίζονται για να σχεδιάσουν τις καλύτερες πλατφόρμες EV όπου τα συστήματα μπαταριών διαδραματίζουν βασικό ρόλο. Μια ποικιλία καινοτόμων προσεγγίσεων συνεχίζει να εμφανίζεται στην αγορά, με στόχο να κάνουν τα συστήματα μπαταριών φθηνότερα, ταχύτερα και ασφαλέστερα. Μεταξύ του τεχνολογικού χάους, μπορούν να επισημανθούν ορισμένες σαφείς και αποδεδειγμένες τάσεις. Η Henkel, ως συνεργάτης λύσεων για την αυτοκινητοβιομηχανία για περισσότερο από έναν αιώνα, παρέχει τώρα λύσεις που διευκολύνουν την καινοτομία στις τάσεις της τεχνολογίας ηλεκτροκίνησης.

Ηλεκτροδιακή αγώγιμη επίστρωση

Στη συμβατική κατασκευή μπαταριών ιόντων λιθίου (LIB), ένα ενεργό υλικό καθόδου (CAM) μετατρέπεται σε πολτό και στη συνέχεια επικαλύπτεται ομοιόμορφα σε έναν συλλέκτη ρεύματος. Απαιτείται ένας επικίνδυνος και υψηλού σημείου βρασμού διαλύτης, NMP. Αυτή η διαδικασία είναι απαιτητική σε ενέργεια, χώρο και κόστος για την ξήρανση και την ανακύκλωση. Από την άλλη πλευρά, ένα ενεργό υλικό ανόδου (AAM) διασπείρεται στο νερό, ενώ δεν χρειάζεται ένας πύργος ανακύκλωσης. Ωστόσο, ένα στάδιο ξήρανσης εξακολουθεί να περιλαμβάνεται ως βασικό βήμα που καταναλώνει ενέργεια, χώρο και χρόνο.

Η διαδικασία ξηρού ηλεκτροδίου, επίσης γνωστή ως ξηρή επίστρωση, μπορεί να απλοποιήσει πολλές πτυχές αυτής της συμβατικής μεθοδολογίας δεκαετιών. Η διαδικασία ελασματοποίησης CAM χωρίς NMP είναι συνώνυμη με μια συμπαγή, γρήγορη, λιτή (χαμηλή OpEx και CapEx) κατασκευή ηλεκτροδίων καθόδου. Όχι τόσο όσο στην περίπτωση μιας καθόδου, ωστόσο η υιοθέτηση αυτής της μεθοδολογίας για την κατασκευή ανόδου είναι πλεονεκτική. Αυτή η διαδικασία χωρίς πολτό καθιστά ευκολότερη την κατασκευή παχύτερων στρωμάτων CAM και AAM σε συλλέκτες ρεύματος, με αποτέλεσμα μια δομή υψηλότερης ενεργειακής πυκνότητας μέσα σε μια κυψέλη μπαταρίας. Μπορεί επίσης να είναι μια πολύ κατάλληλη διαδικασία κατασκευής για ευαίσθητες στο νερό μπαταρίες στερεάς κατάστασης με βάση το σουλφίδιο.

Ένα βασικό βήμα εδώ είναι η μεταφορά μιας μεμβράνης ξηρού ενεργού υλικού σε έναν συλλέκτη ρεύματος, αλλά είναι δύσκολο να δημιουργηθεί τέλεια διεπιφανειακή επαφή μεταξύ ενός συλλέκτη ρεύματος και ενός ξηρού φιλμ. Ακόμη και με αυξημένη πίεση και θερμοκρασία για πλαστικοποίηση, εξακολουθεί να μην είναι εύκολο να επιτευχθεί διεπιφανειακή πρόσφυση σε ένα εύρος που βρίσκεται μετά τη διαδικασία υγρού πολτού. Η παρεμβολή που προκαλείται από ατελή όρια έχει ως αποτέλεσμα την υποβάθμιση της χωρητικότητας, ειδικά σε υψηλούς ρυθμούς C. Η αποκόλληση μπορεί επίσης να συμβεί κατά τη διάρκεια των κύκλων φόρτισης και εκφόρτισης. Εδώ παίζει ρόλο το ECC. Εφαρμόζεται εκ των προτέρων σε τρέχοντες συλλέκτες, δημιουργώντας τις τέλειες διεπαφές μεταξύ ενεργών υλικών και ηλεκτρικών συλλεκτών.

Ηλεκτρόδιο

Γραφική απεικόνιση της τεχνολογίας αγώγιμης επίστρωσης ηλεκτροδίων της Henkel σε κυλινδρικό στοιχείο μπαταρίας

Η μοναδικότητα του ECC της Henkel μπορεί να αποδοθεί σε τρεις κύριους παράγοντες. Πρώτον, δημιουργώντας την τέλεια φυσική διεπαφή όπου τα ενεργά υλικά αρχίζουν να αναμειγνύονται μαζί με το στρώμα ECC, οδηγώντας στο απρόσκοπτο πάντρεμα των στρωμάτων. Δεύτερον, τα καλά σχεδιασμένα αγώγιμα υλικά ενισχύουν την ηλεκτρική σύνδεση μέσω της διεπαφής. Τρίτον, η σύνθεση είναι βελτιστοποιημένη για γρήγορη επίστρωση σε φύλλα αλουμινίου και χαλκού για μεγιστοποίηση της λειτουργικής απόδοσης. Ένα απλό στρώμα ECC μπορεί να βοηθήσει να ανέβει η διαδικασία του ξηρού ηλεκτροδίου στο επόμενο επίπεδο, το οποίο πραγματοποιεί καθαρότερη, πιο οικονομική και αξιόπιστη κατασκευή μπαταριών.

Διηλεκτρική επίστρωση

Για πολλούς, η σχεδιαστική ιδέα του κυττάρου σε συσκευασία, κυψέλης σε σασί και κυψέλης σε αυτοκίνητο/οχήματος μπορεί να ακούγεται οικεία στις μέρες μας. Αυτές οι ιδέες για πακέτα μπαταριών υψηλής ενεργειακής πυκνότητας στοχεύουν να ξεπεράσουν τη σχετικά χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα των στοιχείων της μπαταρίας και να μεγιστοποιήσουν τις δυνατότητες του σχεδιασμού της μπαταρίας. Έχουν ακόμη μεγαλύτερες δυνατότητες καθώς μπορούν να εφαρμοστούν για όλους τους τύπους κυψελών μπαταρίας. Έχει γίνει πλέον τάση στο σχεδιασμό πακέτων μπαταριών επόμενης γενιάς, ανεξάρτητα από παράγοντες μορφής και χημεία.

Μπαταρία

Γραφική απεικόνιση μιας μπαταρίας με σχέδιο κυψέλης σε συσκευασία και πρισματικές κυψέλες

Σε αυτές τις έννοιες, οι κυψέλες της μπαταρίας υποτίθεται ότι είναι στραμμένες και συνδέονται απευθείας με άλλα στρώματα, όπως το κάτω, το πλάι και/ή το επάνω έλασμα. Οι σχεδόν άκαμπτες κυψέλες συμβάλλουν στη δομική ακεραιότητα της μπαταρίας. Ως εκ τούτου, οι διεπαφές θα πρέπει να σχεδιάζονται προσεκτικά και να συνδέονται έτσι ώστε το σύνολο της μπαταρίας και οι κυψέλες να μπορούν να αντέξουν και να διαλύσουν την εσωτερική και εξωτερική πίεση κατά την οδήγηση και σε περίπτωση ατυχήματος.

Για δομική ακεραιότητα, οι διεπαφές γύρω από τα κύτταρα πρέπει να ενισχυθούν. Στη συσκευασία από κύτταρο σε συσκευασία (ή σε παρόμοια σχέδια), τα πρισματικά κύτταρα συνήθως τυλίγονται με μεμβράνες PET με κόλλα ευαίσθητη στην πίεση (PSA) για μόνωση και προστασία. Ωστόσο, παρέχουν μια αδύναμη διεπαφή που θα μπορούσε να σπάσει κάτω από συνθήκες με έντονη καταπόνηση, όπως κραδασμούς και κρούση.

Η διηλεκτρική επίστρωση απλοποιεί τη δομή λειτουργώντας ως ενσωματωμένο σώμα, παρέχοντας πρόσφυση και διηλεκτρική και αντιχαρακτική αντοχή. Ο μινιμαλισμός δεν συναντάται μόνο σε μέρη αλλά και σε υλικά. Η πρόσφυση που δίνει αυτή η επίστρωση είναι αρκετά ισχυρή ώστε τα στοιχεία της μπαταρίας να συμβάλλουν στην ακαμψία και την αντοχή της μπαταρίας, με μειωμένο πάχος. Ακόμη και στο 80% περίπου του πάχους της μεμβράνης PET, εγγυάται το ίδιο επίπεδο τάσης διάσπασης. Αυτό δεν είναι μόνο μια αντικατάσταση της τρέχουσας λύσης φιλμ, αλλά μια απαραίτητη λύση για μια ισχυρότερη μπαταρία χωρίς πρόσθετα στηρίγματα.

επένδυση

Γραφική απεικόνιση της τεχνολογίας διηλεκτρικής επίστρωσης της Henkel

Επικάλυψη πυροπροστασίας

Όταν μια θερμική φυγή ξεκινά από τις κυψέλες της μπαταρίας κάτω από το πάτωμα του αυτοκινήτου, οι επιβάτες έχουν λίγο χρόνο να παρατηρήσουν και να βγουν από το όχημα. Το παράθυρο είναι ακόμη μικρότερο εάν η θερμική διαφυγή ξεκίνησε από ατύχημα. Το καλύτερο και ουσιαστικό μέτρο για τη θερμική διαφυγή είναι η κατασκευή ιδιαίτερα ασφαλών στοιχείων μπαταρίας. Πολλές εταιρείες έχουν σημειώσει πρόοδο, αλλά φαίνεται ότι χρειάζονται περισσότερα χρόνια μέχρι να μπορέσουν να τις προμηθεύσουν σε μεγάλη κλίμακα.

Η εναλλακτική, ή ίσως η μόνη λύση που βασίζεται στην τρέχουσα τεχνολογία LIB, μπορεί να είναι η χρήση πολλαπλών μέτρων για να γίνει η μπαταρία όσο το δυνατόν πιο ασφαλής. Χάρη σε τεράστιες προσπάθειες από διαφορετικούς κλάδους του κλάδου, έχουμε πολλές λύσεις, από το επίπεδο της χημείας, μέσω λογισμικού, μέχρι το επίπεδο στέγασης. Το τελευταίο μέτρο είναι η προστασία των επιβατών από τη θερμότητα από τις κυψέλες της μπαταρίας σε περίπτωση πυρκαγιάς μέσα σε μια μπαταρία. Ορισμένες λύσεις έχουν χρησιμοποιηθεί και για άλλους κλάδους. Για παράδειγμα, σύνθετα υλικά με βάση το κεραμικό. Ωστόσο, υπάρχει πάντα μια πρόκληση σχετικά με το πάχος, το βάρος και τον αυτοματισμό.

πυροπροστασία

Γραφική απεικόνιση της τεχνολογίας επίστρωσης πυροπροστασίας της Henkel

Η επίστρωση πυροπροστασίας (FPC) είναι ένα από τα λειτουργικά προϊόντα επίστρωσης της Henkel, που έχει σχεδιαστεί για να επιτρέπει στους χρήστες να έχουν περισσότερη αξία από τις συμβατικές λύσεις. Ο αυτοματισμός είναι δυνατός χρησιμοποιώντας εφαρμογές επίπεδης ροής ή ψεκασμού. Το λεπτό στρώμα παρέχει μεγάλο βαθμό ελευθερίας στο σχεδιασμό της μπαταρίας. Η πρώτη θήκη χρήσης βρίσκεται στο εσωτερικό στρώμα ενός άνω καπακιού. Έχει τη δυνατότητα να βοηθήσει τους μηχανικούς να είναι δημιουργικοί για να βρουν περισσότερες ευκαιρίες σε οποιοδήποτε μέρος μέσα και έξω από μια μπαταρία όπου απαιτείται ή είναι χρήσιμο ένα υψηλό επίπεδο θερμομόνωσης. Το FPC δεν προορίζεται μόνο για την ασφάλεια των επιβατών που είναι έτοιμοι να προσαρμόσουν τη μετάβαση στην ηλεκτρονική κινητικότητα, αλλά έχει επίσης σχεδιαστεί για να επιδιώκει την αποτελεσματικότητα που βιώνουν όσοι εργάζονται με ενθουσιασμό για καινοτόμα συστήματα πακέτων μπαταριών.

Οι «Τρεις Σωματοφύλακες» των λύσεων επίστρωσης είναι πραγματικοί παράγοντες που βοηθούν τις τάσεις της τεχνολογίας των μπαταριών. Καθώς εισήχθησαν πρόσφατα στην αγορά, εξακολουθούν να εξελίσσονται στις ανάγκες των κατασκευαστών μπαταριών και των OEM που θέλουν να προσφέρουν την καλύτερη αξία για τους τελικούς πελάτες. Θυμηθείτε αυτούς τους κρυμμένους ήρωες όταν απολαμβάνετε την οδήγηση των ασφαλών, ισχυρών, αποδοτικών και βιώσιμων ηλεκτρικών οχημάτων σας. Και… μην ξεχνάτε ότι είμαστε όλοι έτοιμοι να υποδεχτούμε τον D’Artagnan στο εγγύς μέλλον.

Συγγραφέας: Keon Lee – EV Battery Expert και Global Senior Manager Product Development στη Henkel

Μάθετε περισσότερα για τις λύσεις E-Mobility της Henkel: henkel-adhesives.com/emobility

YouTube

Με τη φόρτωση του βίντεο, συμφωνείτε με την πολιτική απορρήτου του YouTube.
Μάθε περισσότερα

Φόρτωση βίντεο


Αυτό το άρθρο είναι μια πληρωμένη διαφήμιση. Ο πελάτης είναι υπεύθυνος για το περιεχόμενο. Εάν ενδιαφέρεστε να κάνετε κράτηση για διαφήμιση, επικοινωνήστε μαζί μας μέσω advertise@electrive.com.