Dalla Nanjing Tech University un foglio isolante a base di aerogel che può resistere alle altissime temperature nelle batterie e ridurre il rischio di incendio dell'auto elettrica
Sicurezza auto elettriche: un foglio isolante sopporta fino a 1.300 °C
Definirla un’armatura per batterie agli ioni di litio è eccessivo, ma di fatto è la sua funzione. Si tratta di un isolante a base di aerogel di silice, progettato per rallentare il trasferimento di calore tra le celle delle batterie durante i fenomeni noti come thermal runaway, instabilità termica. Un team di ricerca della Nanjing Tech University ha sviluppato un materiale in grado di resistere a temperature fino a 1300 °C.
Più sicurezza sulle auto elettriche
L’obiettivo di questa innovazione è ridurre il rischio incendio nelle auto a batteria. Un fenomeno meno diffuso rispetto alle auto tradizionali, ma che suscita maggior clamore, considerando la relativa novità di questa tecnologia di massa. Se dovesse alzarsi in modo improvviso la temperatura di una singola cella della batteria, potrebbe innescarsi una reazione a catena così rapida che in pochissimi secondi potrebbe coinvolgere l’intero pacco batteria aumentando le possibilità di un incendio. Per ridurre le possibilità di questo fenomeno, i ricercatori cinesi hanno progettato un materiale che fa da scudo tollerando temperature anche molto elevate fino a 1.300 °C, arginando l’incendio.
“Quando una batteria subisce un’instabilità termica, la temperatura di una singola cella può aumentare vertiginosamente in cinque o sei secondi, arrivando persino a provocare un’esplosione. Pertanto, è fondamentale bloccare rapidamente il trasferimento dell’alta temperatura alle celle adiacenti“, le parole di uno degli autori Shen Xiaodong dell’università di Nanchino.
Sicurezza auto elettriche: basta un foglio in aerogel
Nei test, condotti usando un foglio spesso appena 2,3 mm ed esposto a 1000 °C per cinque minuti, questo ha mantenuto il lato opposto al di sotto dei 100 °C. Un record notevole considerando che le precedenti soluzioni di aerogel per batterie riuscivano a contenere il calore fino a circa 300 °C, al di sotto dell’intervallo di 650-1.000 °C nella combustione delle celle. Invece, in questa nuova versione la tolleranza passa dai 650 ai 1.300 °C e secondo il team di ricerca, il materiale può mantenere l’isolamento termico fino a due ore.
Come è fatto l’aerogel
Sembra impossibile che una struttura spessa quanto un foglio di carta, possa arginare temperature così elevate. Per spiegare il fenomeno, è necessario comprendere la struttura dell’aerogel, costituita da una rete nanoporosa composta per circa il 99% da aria che limita la conduzione del calore. “L’aria è intrappolata all’interno di questa rete e non può muoversi, quindi la conduttività termica dell’aerogel è persino inferiore a quella dell’aria, il che lo rende il ‘re dell’isolamento termico’ nel mondo dei materiali.”
Inoltre, il team di ricerca ha migliorato la resistenza termica rinforzando questa struttura e regolando le condizioni del catalizzatore durante la sintesi. Il materiale è stato progettato per raggiungere una compressione elastica superiore al 90% mantenendo al contempo la stabilità strutturale. In caso di guasto di un singolo elemento, il materiale isolante confina l’incendio.
Sicurezza auto elettriche: qual è il segreto dell’aerogel?
Per arrivare alla produzione di aerogel efficiente, i ricercatori hanno utilizzato un processo avanzato chiamato essiccazione aCO2 supercritica. In questa fase, l’anidride carbonica viene portata in uno stato fisico speciale, a metà tra un gas e un liquido, che le permette di scivolare dentro i microscopici pori del materiale e trascinare via il solvente originale. Una volta terminata l’estrazione, la pressione viene ridotta molto lentamente: la CO2 si trasforma delicatamente in gas e abbandona il materiale, lasciando al suo posto solo aria
Gli ingegneri sono riusciti a creare un sistema a circuito chiuso che recupera quasi totalmente l’etanolo impiegato, con una soglia di riutilizzo superiore al 99,5%. Questo recupero ha avuto un impatto economico dirompente, abbattendo i costi delle materie prime di oltre la metà e rendendo finalmente conveniente la produzione industriale di questo materiale.
Grazie alle sue eccezionali capacità di isolamento termico, giganti della tecnologia come CATL, BYD, Sungrow e Xiaomi lo hanno già integrato nei pacchi batteria dei loro veicoli elettrici per prevenire il surriscaldamento. Oltre alle auto, questo materiale trova spazio anche in settori come quello aerospaziale o nelle grandi centrali industriali, dove le temperature raggiungono livelli critici e servono barriere termiche imbattibili.
