El diseño de la batería de los vehículos eléctricos afecta a los materiales de protección contra incendios

El diseño de la batería de los vehículos eléctricos afecta la elección de los materiales de protección contra incendios, según IDTechEX




Cada fabricante tiene su propia forma de armar un paquete de baterías para vehículos eléctricos (EV), y cada fabricante debe considerar la seguridad contra incendios de sus baterías. Si bien los incendios de vehículos eléctricos son un evento muy raro por millas recorridas, no significa que los fabricantes puedan ignorar el problema. Una combinación de percepción pública, regulaciones cambiantes, impacto financiero y seguridad general del consumidor están impulsando a los fabricantes a centrarse más en la seguridad contra incendios de las baterías de vehículos eléctricos.

Cuota de mercado del formato de batería para coches eléctricos en 2021. Fuente: IDTechEx - 

"Materiales de protección contra incendios para baterías de vehículos eléctricos 2023-2033"

Varios factores pueden influir en la seguridad de la batería, incluida la química de la celda, el formato de la celda, la estrategia de gestión térmica y muchos más. Incluso con todo lo anterior optimizado, siempre existe un riesgo distinto de cero de que se produzca una fuga térmica en una batería de iones de litio. Es por eso que un método clave para habilitar la seguridad contra incendios de la batería EV es la adopción de materiales de protección pasiva contra incendios. Estos materiales están diseñados para limitar la propagación de fugas térmicas entre las celdas de la batería y/o prolongar el tiempo que tarda un incendio en salir del paquete de baterías. Gracias al mayor enfoque en la seguridad contra incendios de los OEM y el mercado de vehículos eléctricos en rápido crecimiento, los materiales de protección pasiva contra incendios y sus proveedores verán una gran oportunidad dentro del mercado de vehículos eléctricos en evolución. IDTechEx ha publicado recientemente un informe dedicado a los materiales de protección contra incendios para baterías EV, con una inmersión profunda en los materiales utilizados, la evaluación comparativa, las cuotas de mercado y las previsiones para los próximos diez años.

¿Qué materiales de protección contra incendios se utilizan y dónde?

Primero, se debe considerar qué formato de celda se está utilizando, cilíndrico, de bolsa o prismático. La forma rectangular, muy apilable, de las celdas prismáticas conduce generalmente al uso de materiales aplicados en forma de lámina o almohadilla entre las celdas. Esta es una historia similar para las celdas de bolsa, pero la expansión y contracción de las celdas durante los ciclos de carga/descarga deben considerarse con más cuidado. En estas aplicaciones, a menudo se han utilizado láminas delgadas de aislamiento eléctrico y, para las celdas de bolsa, generalmente se incluye una almohadilla de compresión de espuma. A medida que los fabricantes buscan mejorar la seguridad contra incendios, la densidad de energía y la simplicidad de fabricación, el uso de materiales que pueden proporcionar más de una función se vuelve cada vez más atractivo.

Esta es una razón por la que se ha observado una adopción creciente de aerogeles. El punto clave de venta de los aerogeles es que proporcionan un excelente aislamiento térmico, una razón clave para su aplicación en entornos industriales. Sin embargo, los actores clave en el mercado del aerogel, como Aspen Aerogels, también han destacado las propiedades mecánicas que lo hacen ideal para usar también como almohadilla de compresión. Al mismo tiempo, los jugadores que han sido muy activos en el suministro de almohadillas de compresión, como Rogers Corporation, han creado nuevos productos que incluyen beneficios de protección contra incendios, actuando como una solución "directa" para un diseño de batería existente.

Los paquetes de baterías que utilizan celdas cilíndricas representaron el 24% del mercado de automóviles eléctricos en 2021, y su uso material es bastante diferente al de los paquetes de bolsas y prismáticos. Como las celdas no se pueden apilar juntas de manera tan simple y no es necesario considerar la expansión/contracción en el mismo grado, el material de protección contra incendios debe desempeñar un papel algo alternativo. La opción más popular para paquetes de celdas cilíndricas será el uso de una espuma de encapsulación. Estas espumas entran en la categoría multifuncional, proporcionando aislamiento térmico, protección contra incendios y estructura para las celdas. El gran tamaño de los paquetes de baterías en vehículos más grandes como automóviles, autobuses y camiones significa que la baja densidad de estas espumas también es un beneficio clave.

Sin embargo, las espumas no son la única opción para los paquetes de celdas cilíndricas. Los paquetes de baterías más pequeños pueden resultar más desafiantes para la gestión térmica gracias a menos espacio y fondos para incorporar sistemas de enfriamiento activo. Aquí, el uso de encapsulantes o materiales de cambio de fase que pueden proporcionar conductividad térmica y protección contra incendios tiene un buen caso de uso. Si bien es posible que los volúmenes no sean tan grandes como el mercado automotriz, con IDTechEx esperando que más del 90 % de la demanda de baterías para vehículos eléctricos en 2033 corresponda a los automóviles eléctricos a batería, existe una rápida expansión en estos segmentos de vehículos, como los scooters eléctricos y las motocicletas, lo que lleva a a una oportunidad importante. La investigación de IDTechEx ha encontrado que los ingresos anuales por materiales de protección contra incendios, fuera de la industria automotriz, se multiplicarán por 15 durante la próxima década.

Además de estos materiales entre celdas, todos los paquetes de baterías pueden utilizar materiales a nivel de paquete, ya sea como una lámina entre las celdas/módulos y la tapa o como un revestimiento aplicado a la carcasa de la batería. Ha sido común observar mantas de cerámica, mica o aerogeles aplicados como láminas y varias tecnologías de revestimiento, como revestimientos intumescentes, aplicados para proporcionar una capa final de protección contra incendios entre las celdas de la batería y el propio vehículo. Con los impulsores del mercado ya discutidos, IDTechEx predice que todos estos materiales experimentarán una mayor demanda, con materiales de protección contra incendios a nivel de paquete que presentarán 15,6 veces la demanda anual (en kg) en 2033 en comparación con 2022.

IDTechEx predice que muchos de los materiales existentes utilizados seguirán conservando una gran cuota de mercado, pero hay varios mercados de materiales que aumentarán significativamente su cuota de mercado en un mercado en rápida expansión. El último informe de IDTechEx sobre " Materiales de protección contra incendios para baterías de vehículos eléctricos 2023-2033 " proporciona puntos de referencia de materiales y pronósticos de mercado de diez años en todas las categorías de materiales, incluidas mantas/láminas de cerámica (y otros no tejidos), mica, aerogeles, recubrimientos (intumescentes y otros), encapsulantes, espumas encapsulantes, almohadillas de compresión, materiales de cambio de fase, y otros.

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