IDTechEx explora materiales de protección contra incendios en los vehículos eléctricos
Cuando se trata de transporte, la seguridad es de suma importancia y,
debido al aumento exponencial de la demanda en el mercado de vehículos
eléctricos, la conciencia sobre la fuga térmica y los posibles incendios
de las baterías está aumentando simultáneamente. . El informe de
IDTechEx " Materiales de protección contra incendios para baterías de vehículos eléctricos 2024-2034: mercados, tendencias y pronósticos
" explora diferentes tecnologías de baterías y materiales resistentes
al fuego como opciones emergentes para hacer frente a los riesgos.
En los últimos años se han producido retiradas de vehículos
eléctricos, aunque poco frecuentes, debido a riesgos relacionados con la
fuga térmica. Como era de esperar, algunos de estos incendios se han
producido durante choques o cargas rápidas, pero, de forma algo
inesperada, a menudo han ocurrido mientras el vehículo estaba parado y
sin realizar ninguna operación obvia. Esto pone de relieve la
imprevisibilidad de estos incidentes.
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.
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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 continúan viendo 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 203
Cell-to-pack y materiales multifuncionales
Las baterías de celda a paquete están resultando populares debido a
las posibilidades de mejorar la densidad de energía, reducir el número
de piezas y disminuir los costos. Sin embargo, apilar todas las celdas
directamente juntas genera un mayor riesgo de propagación de la fuga
térmica. A nivel de celda, con la transición a cell-to-pack, la
necesidad de incorporar materiales que puedan lograr múltiples funciones
es vital. El candidato ideal serían materiales que puedan
proporcionar aislamiento térmico y eléctrico, adaptabilidad e incluso
estructura y al mismo tiempo sean livianos, delgados y de bajo costo.
En su reciente seminario web de IDTechEx, ' La evolución de la oportunidad en los materiales de protección contra incendios de baterías de vehículos eléctricos ', el director de investigación, Dr. James Edmondson,
analizó opciones como espumas encapsuladas para pasar entre las celdas o
almohadillas de compresión con protección contra incendios para
proteger las celdas tipo bolsa. Estos materiales pueden ayudar a
prevenir la propagación de la fuga térmica de una celda a otra dentro
del paquete.
También se pueden aplicar varios materiales debajo de la tapa, encima
de los módulos o en el exterior del paquete de baterías para brindar
mayor protección más allá del nivel de la celda. Por ejemplo, mantas
cerámicas o láminas de mica debajo de la tapa y distintos tipos de
revestimientos protectores contra incendios en la carcasa.
La gestión térmica es otra opción para reducir los riesgos de
incendio. La refrigeración líquida activa y el refrigerante ya han
reemplazado a las baterías enfriadas por aire para permitir un mayor
control de la temperatura de la batería. Las placas frías dentro del
paquete no son algo común, pero ¿podrían las futuras químicas de las
baterías afectar la forma en que se logra la gestión térmica?
Química de la batería
El cambio de iones de litio a iones
de sodio podría ser otra solución para reducir el riesgo de incendios.
A pesar de que este tipo de batería todavía conlleva riesgos, los
primeros estudios informan de una menor probabilidad de fuga térmica.
Su capacidad para transportarse a 0 V también los hace menos riesgosos
que los de iones de litio al considerar el transporte y el ensamblaje.
Las baterías de estado sólido
también podrían reemplazar el electrolito líquido en las celdas
tradicionales de iones de litio con un mejor rango de temperatura de
funcionamiento, lo que significa que es menos probable que se
sobrecalienten. Puede encontrar más información sobre sus diferencias
en el informe de IDTechEx.
La demanda de baterías es mayor en el sector automotriz, y países como Noruega
tienen la mayor cuota de mercado de vehículos eléctricos del mundo.
Sin embargo, otros modos de transporte también están en riesgo. Podría
ser aún más importante proteger los autobuses eléctricos que trabajan
muchas horas y requieren baterías más grandes, ya que hay tanta gente a
bordo durante todo el día. En Asia ,
los scooters eléctricos son una forma de transporte popular y
comúnmente se llevan dentro de casa, lo que hace que la protección
contra incendios sea esencial.
A pesar de que los coches de gasolina y diésel tienen más
probabilidades de incendiarse, el mercado de vehículos eléctricos, en
rápido crecimiento, todavía presenta algunos riesgos. IDTechEx ha
evaluado las diversas opciones de materiales de protección contra
incendios en términos de eficiencia en la aplicación, aislamiento
térmico y eléctrico, costos y más. El informe también proporciona
cuotas de mercado para los materiales actuales y su adopción futura. La
popularidad de este tema ha hecho que un número cada vez mayor de
empresas se interesen por el mercado. Si bien los materiales comunes
que ya se utilizan seguirán siendo un pilar, se prevé que su cuota de
mercado se verá algo erosionada por las nuevas alternativas emergentes,
como los aerogeles y las almohadillas de compresión.
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