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.

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?

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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