Materiály pro tepelný management baterií – optimalizace výkonu, bezpečnosti a životnosti

Vývoj vysoce výkonných lithium-iontových baterií je jedním z nejdůležitějších hnacích motorů inovací v naší době. Ať už se jedná o elektromobilitu, stacionární ukládání energie nebo průmyslové aplikace – moderní bateriové systémy musí poskytovat stále vyšší energetickou hustotu, kratší doby nabíjení a delší životnost. Zároveň rostou nároky na bezpečnost a spolehlivost.

Klíčovým faktorem úspěchu je tepelný management baterií. Pouze pokud je generované teplo spolehlivě odváděno nebo efektivně distribuováno, mohou baterie trvale dosahovat svého maximálního výkonu. Společnost Dr. Dietrich Müller GmbH nabízí komplexní portfolio tepelně vodivých materiálů, izolačních materiálů a zakázkových komponentů, které lze individuálně přizpůsobit specifickým aplikacím.

Proč je tepelná regulace baterie tak důležitá

Lithium-iontové baterie fungují optimálně pouze v omezeném teplotním rozsahu. I malé teplotní odchylky mohou výrazně ovlivnit jejich výkon.

Nadměrné teploty mohou mimo jiné vést k:

• zrychlené stárnutí bateriových článků,
• zkrácená životnost,
• klesající výkon,
• zvýšené bezpečnostní riziko.

Naopak, příliš nízké teploty snižují nabíjecí a vybíjecí výkon a výrazně prodlužují dobu nabíjení.

Obzvláště kritickým faktorem je, že jednotlivé články v bateriovém modulu se mohou zahřívat v různé míře. Pokud se vytvoří tzv. horká místa, jednotlivé články stárnou rychleji než ostatní. Proto je pro udržení dlouhodobého výkonu celého bateriového systému nezbytné homogenní řízení teploty.

Různé aplikace vyžadují různá materiálová řešení.

V závislosti na aplikaci se požadavky na tepelný management značně liší. Baterie pro elektromobily, stacionární systémy pro ukládání energie nebo průmyslové aplikace kladou různé nároky na chlazení, izolaci a mechanickou ochranu.

Společnost Dr. Dietrich Müller GmbH vyvíjí pro tento účel individuální řešení založená na různých materiálových technologiích:

• tepelně vodivé fólie,
• Tepelně vodivé desky,
• Materiály rozhraní,
• termální pasty,
• Mezerové podložky,
• Materiály s fázovou změnou,
• Elektricky izolační tepelně vodivé materiály.

Široká škála materiálů umožňuje přesné přizpůsobení řešení příslušné aplikaci.

Tepelně vodivé fólie a tepelně vodivé desky

Tepelně vodivé fólie a tepelně vodivé desky nabízejí obzvláště účinný způsob přenosu tepla.

Zlepšují přenos tepla mezi bateriovými články, chladiči a pouzdry a výrazně snižují vliv izolačních vzduchových vrstev. Moderní materiály dosahují tepelné vodivosti až 9 W/mK, čímž zajišťují výrazně lepší odvod tepla. Zároveň poskytují mechanickou ochranu a mohou snižovat vibrace nebo rázové zatížení.

V závislosti na aplikaci jsou k dispozici různé materiály, například:

• silikonové desky,
• Polyimidové fólie,
• PEEK fólie,
• tepelně vodivé akrylátové systémy,
• tepelně vodivé polyesterové fólie,
• Pěny s tepelně vodivými plnivy.

Teplovodní pasty a materiály s fázovou změnou

Ne každá aplikace je vhodná pro materiály s pevným rozhraním. Teplovodivé pasty nebo materiály s fázovou změnou se často používají pro složité geometrie nebo nerovné povrchy.

Tyto materiály kompenzují nerovnosti a zlepšují tepelný kontakt mezi součástmi. Fázově měnící se materiály také krátkodobě ukládají tepelnou energii a pomáhají snižovat teplotní výkyvy v bateriovém systému.

Mechanická ochrana a elektrická izolace

Kromě přenosu tepla plní moderní materiály i další důležité úkoly.

Slouží například jako:

• Elektrická izolace,
• Separátor buněk,
• distanční podložky,
• Tlumení vibrací,
• Ochrana před mechanickým namáháním,
• Bariéra proti úniku elektrolytů.

Portfolio zahrnuje také speciální lisované díly nebo epoxidové desky pro oddělení jednotlivých článkových modulů. To umožňuje nejen tepelně optimalizovat bateriové moduly, ale také je učinit bezpečnějšími a robustnějšími.

Budoucí trend: Individuálně konfigurovaná řešení pro přenos tepla

Požadavky kladené na bateriové systémy se rychle vyvíjejí. Vyšší hustota energie, rychlejší doby nabíjení a kompaktnější konstrukce vyžadují stále účinnější materiály.

Mezi aktuální vývoj patří mimo jiné:

• ultratenké vysoce výkonné filmy,
• tepelně vodivá lepidla,
• tepelné podložky bez silikonu,
• Materiály odolné vůči vysokým teplotám,
• PEEK a polyimidové fólie,
• Vysoce tepelně vodivé spárovací podložky.

Kromě standardních produktů nabývají stále většího významu řešení na míru. Individuálně přizpůsobené materiály tepelného rozhraní usnadňují montáž, zkracují výrobní časy a zlepšují kvalitu sestav.

Dr. Dietrich Müller GmbH jako vývojový partner

Společnost Dr. Dietrich Müller GmbH má desítky let zkušeností se zpracováním technických fólií, tepelně vodivých materiálů a elektroizolačních materiálů.

Společnost podporuje své zákazníky od výběru materiálu a návrhu až po sériovou výrobu a nabízí:

• technické poradenství,
• Konfigurace individuálních řešení pro vedení tepla,
• Lisované a tvarované díly,
• CNC obrábění,
• Řezání laserem
• Řezání vodním paprskem
• Balení na míru.

Kombinace odborných znalostí v oblasti materiálů a moderní výroby vede k řešením, která jsou přesně přizpůsobena požadavkům moderních bateriových systémů.

Shrnutí

Tepelný management v bateriích je klíčovým faktorem pro výkon, bezpečnost a životnost moderních systémů pro ukládání energie. Inovativní materiály tepelného rozhraní, tepelně vodivé fólie, tepelně vodivé desky a izolační materiály umožňují efektivní regulaci teploty a zároveň chrání citlivé bateriové články.

Díky širokému portfoliu materiálů a rozsáhlým výrobním zkušenostem podporuje společnost Dr. Dietrich Müller GmbH výrobce a vývojáře při realizaci vysoce výkonných bateriových systémů – od prvotního nápadu až po sériovou výrobu.