Lithium-ion-batterier driver en lang række moderne teknologier, fra smartphones til elbiler (EV). Den udbredte brug har dog sat fokus på sikkerhedsrisici, især faren for termisk runaway – en kædereaktion, hvor intern overophedning kan føre til antændelse og intense brande, som er vanskelige at slukke.
Aktuelle tendenser viser en stigning i antallet af brande i lithium-ion-batterier. Alene i Storbritannien rapporterede brandvæsenerne i 2023 en stigning på 46 % i sådanne brande sammenlignet med året før, blandt andet i elcykler, el-løbehjul og elbiler. Det understreger det presserende behov for avancerede sikkerhedsforanstaltninger, der effektivt kan begrænse disse risici.
Sådan bryder ildfaste materialer kædereaktionen
Termisk runaway opstår, når et lithium-ion-batteri bliver beskadiget eller kortslutter, hvilket udløser en feedbacksløjfe af varme og kemiske reaktioner, som kan føre til brand eller eksplosion. I batteripakker til elbiler (EV), der består af mange små celler forbundet med hinanden, kan et problem i én celle hurtigt sprede sig til hele pakken, hvis den ikke er korrekt isoleret.
Ildfaste materialer spiller en afgørende rolle i begrænsningen af termisk runaway, fordi de har høj temperaturbestandighed og fungerer som fysiske barrierer, der hjælper med at inddæmme og dæmpe spredningen af varme og flammer. Disse materialer øger brandsikkerheden ved at bremse udbredelsen af termisk runaway og give passagererne værdifuld tid til at forlade køretøjet.
Selv om ingen teknologi helt kan forhindre termisk runaway, forbedrer indbygning af ildfaste materialer i batterisystemer til elbiler og industrielle lagringssystemer brandinddæmning og varmestyring markant. Denne artikel gennemgår centrale ildfaste løsninger, der er udviklet til at øge sikkerheden i lithium-ion-batterier og reducere konsekvenserne af termisk runaway i elbiler og industrielle lagringsanlæg.
Centrale ildfaste løsninger til brandbeskyttelse af lithium-batterier
Calciumsilikat-isoleringsplade
Anvendelse: Vitcas calciumsilikatplade er med sine varmebestandige og isolerende egenskaber velegnet til beklædning af batterirum i elbiler. Denne isoleringsplade tåler høje temperaturer op til 1100 °C og kan fungere som en pålidelig termisk barriere.
Fordele:
- Pladerne øger den termiske stabilitet ved at forhindre varme i at sprede sig mellem cellerne, hvilket forbedrer sikkerheden og forlænger batteriets levetid i miljøer med høje temperaturer.
- Pejsebyggepladen giver effektiv varmeisolering, reducerer overdreven varmeoverførsel og øger batteriets sikkerhed.
Biosoluble isoleringsmåtte med aluminiumsfolie
Anvendelse: Vitcas biosoluble måtte med aluminiumsfolie fungerer som en termisk barriere i batterisystemer til elbiler. Kernen af biosoluble fibre giver isolering og modstandsdygtighed over for ekstreme temperaturer, mens aluminiumsfolien reflekterer strålevarme. Det gør materialet velegnet til placering mellem celler eller som udvendigt lag på batteripakker.
Fordele:
- Tåler høje temperaturer op til 1200 °C og forhindrer varmespredning under termisk runaway.
- Aluminiumsfolien forbedrer varmerefleksion og inddæmning.
- Den er let, nem at montere og miljøvenlig, så den giver effektiv varmestyring uden væsentlig vægtforøgelse.
Isolering med aluminiumsoverflade
Anvendelse: Vitcas isoleringsfilt med aluminiumsoverflade er ideel til indpakning af batteripakker til elbiler eller enkeltceller, hvor den giver et ekstra lag termisk beskyttelse til at inddæmme varme og forebygge termisk runaway. Aluminiumsfolielaget fungerer som en ekstra beskyttende skærm, der reflekterer strålevarme.
Fordele:
- Reducerer varmeoverførsel mellem celler og omgivende komponenter.
- Den er let og fleksibel, hvilket gør den nem at anvende i kompakte batterirum.
- Øger sikkerheden ved at fungere som et højtemperatur-varmeskjold op til 550 °C (aluminiumsfolielagets temperaturbestandighed er 300 °C).
Brandbeskyttelse af lithium-batterier i industrielle lagringsanlæg
I industrielle miljøer, for eksempel fabrikker og lagre, kræver brandbeskyttelse af lithium-ion-batterier en kombination af ildfaste løsninger:
Calciumsilikat-isoleringsplade
Anvendelse: Vitcas calciumsilikat-isoleringsplade er ideel til beklædning af vægge, gulve og lofter i lagerrum til lithium-batterier, hvor den skaber en varmebestandig og holdbar barriere til brandbeskyttelse.
Fordele:
- Giver fremragende varmeisolering og begrænser varmeoverførsel mellem opbevarede batterier.
- Bevarer sin strukturelle integritet ved høje temperaturer op til 1100 °C, hvilket sikrer langvarig driftssikkerhed.
- Den er let og enkel at montere, egnet til individuelt udformede lagringsløsninger.
Biosoluble isoleringsmåtte med aluminiumsfolie
Anvendelse: Vitcas biosoluble måtte med aluminiumsfolie er beregnet til indpakning og isolering af enkelte lithium-batteripakker og giver fremragende varmeisolering samt varmeinddæmning i lagringsenheder.
Fordele:
- Danner en barriere, der tåler høje temperaturer op til 1200 °C, isolerer batteripakker og begrænser varmespredning.
- Aluminiumsfolielaget reflekterer strålevarme og forbedrer både varmeinddæmning og varmestyring.
- Den er let, fleksibel og nem at anvende, hvilket gør det muligt at indrette lageret effektivt.
Isolering med aluminiumsoverflade
Anvendelse: Vitcas filt med aluminiumsfolie er ideel til indpakning af batterirum eller hele lagringsenheder og fungerer som en effektiv skærm mod strålevarme samt som varmeisolering. Isoleringsfilten tåler op til 550 °C, mens aluminiumslaget tåler op til 300 °C.
Fordele:
- Kombinerer pålidelig varmeisolering med refleksion af strålevarme og reducerer varmeopbygning.
- Den er fleksibel og nem at montere, så den kan tilpasses forskellige lagringskonfigurationer.
- Den er let og holdbar og giver et ekstra lag termisk beskyttelse til systemer til opbevaring af lithium-batterier.
Eksperttip: Korrekt opdeling af lagringsenheder i separate sektioner begrænser spredning af varme og flammer mellem batterier. Denne tilgang sikrer effektiv brandbeskyttelse, øger sikkerheden for både personale og udstyr og reducerer risikoen for brandskader i områder til opbevaring af lithium-ion-batterier.
Beskyttelse mod termisk runaway i elbiler
Termiske barrierer
Som en integreret løsning kan den biosoluble måtte kombineres med en ildfast beklædning, f.eks. aluminiumbelagt røgrørsisolering, for at skabe termiske barrierer i batterirum. Disse termiske barrierer hjælper med at begrænse varmeoverførsel mellem cellerne og giver ved brand i et lithium-ion-batteri passagererne mere tid til sikkert at forlade køretøjet eller lagerområdet.
Tætning af mellemrum
Korrekt tætning forhindrer brande i lithium-batterier i at sprede sig inde i batteripakken. Nye innovative løsninger fokuserer på at skabe et tætnet kabinet, der er vandtæt og forhindrer kortslutninger. Det kræver en nøje vurdering af batteripakkens tætningsflade, som skal passe til kabinettets konstruktion og tætningsringen. For at opnå dette er præcis bearbejdning af batterikabinettets øverste låg og nederste del afgørende. Derudover hjælper påføring af en tætningsmasse, f.eks. Vitcas CFA Adhesive, på de metaldele, der skal samles, samt brug af kompressionstætninger af egnede materialer som EPDM-gummi med at bevare en lufttæt og varmebestandig termisk barriere.
Nye tendenser inden for sikkerhedsdesign til elbiler
Producenter integrerer i stigende grad innovative materialer i batteriernes sikkerhedsdesign, herunder:
Kompressionspuder:
- Kompressionspuder giver strukturel støtte og brandbeskyttelse til poseceller. De opretholder den termiske og elektriske forbindelse i lithium-ion-batteripakker, samtidig med at de giver plads til udvidelse under opladning eller ved ekstreme temperaturer. Forskning viser, at brug af lavt til moderat tryk (0,08 MPa til 0,4 MPa) kan forlænge batteriets levetid ved at optimere aldringsprocessen. Kombineret med varmebestandige, ikke-brændbare lag øger kompressionspuderne også sikkerheden ved at isolere mod termisk runaway – en central egenskab i store batteripakker til elbiler, som er udsatte for overophedning. Denne ekstra beskyttelse hjælper med at reducere risici og samtidig beskytte køretøjets passagerer.
Indstøbningsskum:
- Indstøbningsskum giver let varmeisolering og strukturel integritet til batteripakker med cylindriske celler. De beskytter battericellerne mod stød, reducerer varmeoverførsel og hjælper med at forebygge termisk runaway. Almindelige materialer omfatter silikone til modstandsdygtighed over for høje temperaturer, epoxy til stærk vedhæftning og polyurethan til en omkostningseffektiv, blødere isolering; hvert materiale vælges efter de konkrete krav til ydeevne.
Konklusion: En sikrere fremtid for elbiler
Fremskridt inden for ildfaste materialer ændrer sikkerheden i elbilbatterier ved at håndtere risikoen for brande i lithium-ion-batterier. Løsninger som biosoluble måtter, pejsebyggeplader og aluminiumbelagt røgrørsisolering gør det muligt for elbilproducenter at udvikle mere robuste og sikrere batterisystemer.
Denne integrerede tilgang baseret på ildfaste materialer forbedrer varmestyring og batterisikkerhed, styrker tilliden til elbilteknologien og understøtter bæredygtig transport. Ved at indarbejde avancerede sikkerhedsforanstaltninger sætter elbilbranchen nye standarder og baner vejen for en grønnere og sikrere fremtid for transport.
