רקע כללי

ההתפשטות התרמית של מודול חווה את השלבים הבאים: הצטברות חום לאחר התעללות תרמית בתא, בריחת תא תרמית ולאחר מכן בריחת מודול תרמית.בריחה תרמית מתא בודד אינה משפיעה;עם זאת, כאשר החום מתפשט לתאים אחרים, ההתפשטות תגרום לאפקט דומינו, שיוביל לבריחתו התרמית של המודול כולו, תוך שחרור אנרגיה מסיבית.איור 1הופעהזה התוצאה של בדיקת בריחת תרמית.המודול עולה באש עקב התפשטות שאין לעמוד בפניה.

מוליכות החום בתוך התא תהיה שונה בהתאם לכיוונים שונים.מקדם מוליכות החום יהיה גבוה יותר בכיווןמַקְבִּילעם ליבת גלגול של תא;בעוד שלכיוון האנכי לליבת הגליל יש מוליכות נמוכה יותר.לכן התפשטות תרמית מצד לצד בין תאים מהירה יותר מאשר דרך כרטיסיות לתאים.לכן ניתן לראות בהתפשטות התפשטות חד מימדית.מכיוון שמודולי הסוללה מתוכננים לצפיפות אנרגיה גבוהה יותר, החלל בין התאים הולך וקטן, מה שיגרום להחמרת ההתפשטות התרמית.לכן, דיכוי או חסימה של התפשטות החום במודול ייחשב כאלהשפעהדרך להפחית סיכונים. 

הדרך לדכא בריחת תרמית במודול

אנו יכולים לרסן בריחת תרמית באופן אקטיבי או פסיבי.

דיכוי פעיל

דיכוי התפשטות תרמית פעיל מבוסס בעיקר על מערכת ניהול תרמית, כמו:

1) הגדר צינורות קירור בתחתית או בצד הפנימי של המודול, ומלא בנוזל קירור.זרימת נוזל הקירור יכולה להפחית ביעילות את ההתפשטות.

2) הגדר צינורות כיבוי אש בחלק העליון של מודול.כאשר יש בריחה תרמית, הגז בטמפרטורה הגבוהה המשתחרר מהסוללה יגרום לצינורות להתיז החוצה חומר כיבוי כדי לדכא התפשטות.

עם זאת, ניהול תרמי דורש רכיבים נוספים, מה שמוביל לעלות גבוהה יותר ולצפיפות אנרגיה נמוכה יותר.קיימת גם אפשרות שמערכת הניהול לא תיכנס לתוקף.

דיכוי פסיבי

דיכוי פסיבי פועל על ידי חסימת התפשטות דרך חומר אדיאבטי בין תאים נמלטים תרמיים לתאים נורמליים.

בדרך כלל החומר צריך להופיע ב:

1. מוליכות תרמית נמוכה.זאת כדי להוריד את מהירות התפשטות החום.
2. עמידות בטמפרטורה גבוהה.החומר לא אמור להיפתר בטמפרטורה גבוהה ולאבד את יכולת ההתנגדות התרמית.
3. צפיפות נמוכה.זאת כדי להוריד את ההשפעה של קצב נפח אנרגיה וקצב אנרגיה מסה.

החומר האידיאלי יכול בינתיים לחסום את התפשטות החום וכן לספוג את החום.

ניתוח על חומר

• איירגל

Airgel נקרא "חומר בידוד החום הקל ביותר".זה מבוצע היטב בבידוד חום ומשקל קל.הוא נמצא בשימוש נרחב במודול סוללה להגנה על התפשטות תרמית.ישנם סוגים רבים של אירוג'ל, כמו אירוג'ל סיליקון דו חמצני, אירוג'ל, אירוג'ל סיבי זכוכית וסיבים מחומצנים מראש.לשכבת בידוד חום Aerogel של חומרים שונים יש השפעות שונות על בריחת תרמית.הסיבה לכך היא מגוון של מקדם מוליכות תרמית, אשר קשור מאוד למבנה המיקרו שלו.איור 2 מציג את הופעת ה-SEM של חומר שונה לפני ואחרי כוויה.

מחקרים מראים שלמרות שבידוד חום סיבים נמוך במחיר, הביצועים של חסימת התפשטות החום גרועים יותר מחומר איירגל.בין סוגים שונים של חומרי אירוג'ל, אירג'ל סיב מחומצן מראש מתפקד בצורה הטובה ביותר, שכן הוא שומר על המבנה לאחר הכוויה.אירוג'ל סיב קרמי מתפקד היטב גם בבידוד חום.

• חומר לשינוי שלב

חומר לשינוי שלב נמצא בשימוש נרחב גם לדיכוי התפשטות בריחת תרמית בשל אגירת החום שלו.שעווה היא PCM נפוץ, עם טמפרטורת שינוי פאזה יציבה.בזמן תרמילברוח, חום משתחרר בצורה מאסיבית.לכן PCM צריך להיות גבוהביצועיםשל ספיגת חום.עם זאת, לשעווה מוליכות חום נמוכה, מה שישפיע על ספיגת החום.כדי לקדם את הביצועים שלו, חוקרים מנסים לשלב שעווה עם חומרים אחרים, כמו הוספת חלקיקי מתכת, שימוש בקצף מתכת כדי לטעון PCM, להוסיףגרָפִיט, צינור ננו פחמן או גרפיט מורחב וכו'. גרפיט מורחב יכול גם לרסן את הלהבה הנגרמת על ידי בריחת תרמית.

פולימר הידרופילי הוא גם סוג של PCM לריסון מסלול תרמי.חומרים פולימריים הידרופיליים נפוצים הם: דו תחמוצת הסיליקון קולואידי, תמיסת סידן כלורי רוויה,טטראתיל פוספט, טטרהפניל מימן פוספט, סאודיום פוליאקרילט, וכו.

•  חומר היברידי

אי אפשר לרסן בריחת תרמית אם נסתמך רק על אירוג'ל.כדי בהצלחהלְבוּדֵדאת החום, אנחנו צריכים לשלב את האירוג'ל עם PCM.

מלבד החומר ההיברידי, אנו יכולים גם לבנות חומר רב שכבתי עם מקדמי מוליכות תרמית שונים בכיוונים שונים.אנו יכולים להשתמש בחומר מוליכות תרמית גבוהה כדי להוביל את החום אל מחוץ למודול, ולשים חומר בידוד חום בין התאים כדי להגביל את ההתפשטות התרמית.

סיכום

לשלוט בהתפשטות בריחת תרמית הוא נושא מסובך.חלק מהיצרנים עשו כמה פתרונות כדי לדכא את התפשטות החום, אבל הם עדיין מחפשים משהו חדש, כדי להוזיל את העלות ואת ההשפעה על צפיפות האנרגיה.אנחנו עדיין מתמקדים במחקר האחרון.אין"חומר סופר” שיכול לחסום לחלוטין בריחת תרמית.זה דורש ניסויים רבים כדי לקבל את הפתרונות הטובים ביותר.