IDTechEx analiza la sostenibilidad de los materiales de protección contra incendios de vehículos eléctricos Los vehículos eléctricos (EV) son un método principal para alcanzar
un sector de transporte neto cero, pero además de las emisiones de CO 2
, la sostenibilidad general se está convirtiendo en un punto de mayor
atención. Sin embargo, la sostenibilidad es un tema muy complejo que
no tiende a abordar términos absolutos, ya que intervienen muchos
factores. Existen preocupaciones sobre la obtención de minerales como
litio, níquel, cobalto y otros para fabricar celdas de batería, pero
también se deben considerar la construcción y los materiales utilizados
para fabricar el paquete de baterías. Dado que IDTechEx pronostica un
aumento de 5,5 veces en la demanda de baterías para vehículos eléctricos
de 2023 a 2034, el impacto de los materiales en la producción
sostenible de baterías y cómo se tratan las baterías al final de su vida
útil se vuelve cada vez más importante.
Otro enfoque clave para la industria de los vehículos eléctricos, que
al principio puede parecer no relacionado, es la necesidad de aplicar
materiales de protección contra incendios para evitar o retrasar la
propagación térmica entre las celdas y, eventualmente, fuera del paquete
de baterías. IDTechEx predice que este mercado experimentará una CAGR del 16,1% de 2023 a 2034
. La razón obvia para esto es mejorar la seguridad contra incendios
de estos vehículos en los raros casos en que se encienden. La gran
variedad de diseños de baterías que se han visto en el mercado da lugar a
que se emplee una gama igualmente amplia de materiales de protección
contra incendios. Estos materiales en sí mismos pueden ser más o menos
sostenibles, pero también la forma en que se empleen puede influir en
el grado de sostenibilidad de la industria de las baterías para
vehículos eléctricos.
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IDTechEx analiza la sostenibilidad de los materiales de protección contra incendios de vehículos eléctricos
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La seguridad contra incendios de los vehículos eléctricos (EV)
sigue siendo un tema fundamental. Los datos siguen respaldando el hecho
de que los vehículos eléctricos tienen menos probabilidades de
incendiarse que los vehículos con motor de combustión interna. Sin
embargo, como nueva tecnología, los vehículos eléctricos reciben más
prensa y, además, incluso una tasa de incidencia muy baja sigue
planteando riesgos importantes para los ocupantes del vehículo y su
entorno. Los sistemas eficaces de gestión térmica, control de calidad y
gestión de baterías minimizan el riesgo de que se produzca una fuga
térmica, pero los materiales de protección contra incendios son el
método principal para prevenir la propagación de la fuga térmica o
retrasar su progresión el tiempo suficiente para cumplir con las
regulaciones y brindar seguridad a los ocupantes.
El
informe de IDTechEx sobre materiales de protección contra incendios
para baterías de vehículos eléctricos analiza las tendencias en el
diseño de baterías, las normas de seguridad y cómo afectarán a los
materiales de protección contra incendios. El informe compara
materiales directamente y en aplicación dentro de paquetes de baterías
para vehículos eléctricos. Los materiales cubiertos incluyen
mantas/láminas cerámicas (y otros tejidos no tejidos), mica, aerogeles,
recubrimientos (intumescentes y otros), encapsulantes, espumas
encapsulantes, almohadillas de compresión, materiales de cambio de fase y
varios otros materiales. Las previsiones de mercado a 10 años se
incluyen por categoría de material y vehículo.
Si
bien los mercados automotrices ofrecen la mayor demanda de baterías,
existen grandes oportunidades para los proveedores de materiales en
otros segmentos de vehículos, como autobuses, camiones, furgonetas,
vehículos de dos y tres ruedas y microcoches. Algunos de estos sectores
de vehículos más pequeños presentan un riesgo aún mayor para los
propietarios, ya que a menudo se cargan o se guardan dentro de casa.
Variedad en diseño y evolución de baterías.
En
el mercado de vehículos eléctricos se utilizan varios formatos de
celdas y estructuras de baterías. En 2022, el 55% de los coches
eléctricos nuevos vendidos usaban pilas de batería prismáticas, las de
bolsa representaban el 24% y el resto eran cilíndricas. Cada uno de
estos formatos de celda tiene diferentes necesidades en términos de
materiales entre celdas, lo que ha llevado a tendencias en la adopción
de materiales de protección contra incendios. Por ejemplo, los sistemas
cilíndricos han utilizado en gran medida espumas encapsulantes,
mientras que los sistemas prismáticos suelen utilizar materiales en
formato laminar como la mica.
Muchos fabricantes
también están avanzando hacia un diseño de celda a paquete en el que se
eliminan las carcasas de los módulos (y una serie de otros materiales),
lo que conduce a una mejor densidad de energía, pero a una prevención de
propagación térmica potencialmente más desafiante. Todas estas
opciones de diseño tienen un gran impacto en la elección y el despliegue
de materiales de protección contra incendios y, por lo tanto, se tratan
en el informe de IDTechEx para ayudar a determinar las demandas de
materiales.
Muchos
materiales son aplicables para la protección contra incendios en
baterías de vehículos eléctricos. Fuente: IDTechEx - "Materiales de
protección contra incendios para baterías de vehículos eléctricos
2024-2034: mercados, tendencias y pronósticos"
Las
mantas cerámicas han sido una opción común para brindar protección por
encima de las celdas y debajo de la tapa y para retrasar la propagación
del fuego fuera del paquete. Las láminas de mica son otra opción
popular con un excelente rendimiento dieléctrico en espesores finos
entre celdas, pero a menudo se usan en láminas más gruesas encima de los
módulos. Los aerogeles siguen experimentando avances en el mercado con
una adopción significativa en China, pero ahora también a nivel mundial
con la adopción por parte de GM, Toyota y Audi, por nombrar algunos.
El
uso de espumas encapsulantes también ha experimentado una adopción
significativa para paquetes de baterías de celdas cilíndricas como las
de Tesla, para proporcionar una estructura y un aislamiento térmico
liviano. Para las celdas tipo bolsa, las almohadillas de compresión son
comunes para acomodar la hinchazón de las celdas y varios proveedores
de materiales están comenzando a combinar esta funcionalidad con
protección contra incendios para brindar una solución multifuncional.
Hay
muchas opciones de materiales además de las mencionadas anteriormente, y
los proveedores de polímeros están haciendo un gran esfuerzo para
proporcionar a los componentes principales del paquete de baterías
polímeros ignífugos o incluso polímeros con propiedades intumescentes.
Estos tienen el potencial de ser más livianos, más personalizables en
geometría y de menor costo que los metales y los materiales de
protección contra incendios combinados. Sin embargo, todavía existen
desafíos importantes aquí, como integrar el blindaje EMI y proporcionar
el rendimiento necesario en caso de colisión.
Novedades en las normas de seguridad.
Muchos
sabrán que China fue uno de los primeros en adoptar regulaciones
específicas sobre fuga térmica, con, entre otros requisitos, la
necesidad de evitar que el fuego o el humo salgan del paquete de
baterías durante 5 minutos después de que ocurra el evento.
Las
regulaciones en otras regiones están cada vez más cerca de formalizarse
y la regulación de la CEPE de la ONU continúa siendo revisada. Si bien
los objetivos específicos aún están en proceso de cambio, es muy
probable que se requiera la detección de fuga térmica, seguida de un
"tiempo de escape" para los ocupantes del vehículo. Es poco probable
que el tiempo de escape de 5 minutos sea suficiente para futuras
regulaciones y serán necesarias medidas de propagación térmica desbocada
más efectivas. Por lo tanto, los fabricantes de equipos originales han
comenzado a apuntar a tiempos de escape más prolongados para
anticiparse a futuras regulaciones y mejorar la seguridad general.
El
informe de IDTechEx analiza las regulaciones actualmente vigentes y las
que se están discutiendo. Estos se alimentan de las previsiones de
mercado de IDTechEx que muestran una mayor adopción de materiales de
protección contra incendios por vehículo. Sin embargo, esto debe ir
acompañado de tendencias en torno al desarrollo de baterías que a menudo
pueden reducir el uso de material por vehículo. La variedad de diseños
de baterías y soluciones de materiales presenta una gran oportunidad en
varios mercados y proveedores. IDTechEx predice que este mercado
crecerá a una tasa compuesta anual del 16,3% de 2023 a 2034.
Materiales de protección contra incendios: Aplicación y sostenibilidad
Algunas opciones utilizadas para la protección contra incendios en
baterías de vehículos eléctricos incluyen láminas de cerámica, espumas
encapsulantes, láminas de mica, aerogeles y muchas otras. Por ejemplo,
la mica ha sido objeto de escrutinio debido a sus procesos de
extracción, pero esto ha ido mejorando con la Iniciativa Mica
Responsable (establecida en 2017), y muchos productores de productos
finales toman medidas para obtener su mica de la manera más responsable
posible. A medida que los proveedores de materiales avancen hacia el
uso de más energía renovable en la producción de sus materiales, esto
también mejorará la sostenibilidad general de los materiales.
Aparte de los materiales en sí, la forma en que se aplican puede
influir. Por ejemplo, las espumas de poliuretano son materiales algo
sostenibles, ya que el poliuretano se puede reciclar y su producción no
requiere mucha energía en comparación con algunas opciones. Sin
embargo, en los paquetes de baterías de vehículos eléctricos, cuando se
aplica como espuma encapsulante, normalmente se hace de una manera que
no debe desmontarse. Según las estimaciones de IDTechEx, un paquete de
60 kWh que adopte este enfoque utiliza aproximadamente 8 kg de espuma.
Esto significa que si un paquete tiene una falla, es posible que sea
necesario reemplazar todo el paquete o, al final de su vida útil, el
desmantelamiento se vuelve muy difícil. A medida que el mercado avanza
hacia diseños de baterías más integrados, como arquitecturas de celda a
paquete, generalmente hay un mayor uso de adhesivos que son difíciles de
quitar de manera segura.
A veces, el reciclaje de la batería de un vehículo eléctrico se
realiza triturando todo el paquete y eliminando los materiales útiles lo
mejor posible. Se mejoraría la recuperación de materiales clave y se
podrían reducir los residuos haciendo que los paquetes fueran fáciles de
desmontar. Sin embargo, la desventaja está en el rendimiento, la
confiabilidad y el costo de la batería. Un paquete sin módulos,
fuertemente unidos entre sí, reduce la cantidad de componentes,
mejorando la densidad de energía y reduciendo los costos, a expensas de
reemplazar muy pocos paquetes bajo garantía en lugar de realizarles
mantenimiento.
Perspectivas de IDTechEx
La sostenibilidad está ganando importancia, pero a menudo no es la
primera prioridad; a menudo se quedará atrás en términos de rendimiento
y costo. Este equilibrio también resulta difícil cuando se consideran
los materiales de protección contra incendios, ya que proporcionan una
función de seguridad crucial que no debe verse comprometida. Dado que
existe una selección de materiales que pueden proporcionar suficiente
protección contra incendios, los OEM podrían comenzar a hacer que la
sostenibilidad ascienda en la lista de prioridades. En última
instancia, es difícil decir que una categoría de material es mejor o
peor en términos de sostenibilidad, y los OEM tendrán que determinar qué
materiales funcionarán mejor en su diseño, pero también discutir esto
con los respectivos proveedores de materiales para ver cómo obtienen y
fabrican sus materiales. materiales, así como opciones para su
desmantelamiento y/o reciclaje al final de su vida útil.
El informe de IDTechEx, " Materiales de protección contra incendios para baterías de vehículos eléctricos 2024-2034: mercados, tendencias y pronósticos
", predice la participación de mercado y el crecimiento de varias
categorías de materiales, incluidas láminas de cerámica, láminas de
mica, espumas encapsulantes, aerogeles, recubrimientos (contra
incendios). retardantes e intumescentes), materiales de cambio de fase, y
otros. El informe considera las próximas regulaciones y los cambios
en el diseño de las baterías, como el formato de celda, celda a paquete y
más, para determinar pronósticos de volumen y valor en todas las
categorías de vehículos de carretera, incluidos automóviles, camionetas,
camiones, autobuses, 2- vehículos de ruedas, de 3 ruedas y microcoches.
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