El composite termoplástico de bajo espesor supera rigurosas pruebas de descontrol térmico para carcasas de baterías de vehículos eléctricos

• Alta resistencia frente a incendios de celdas de batería y fuentes externas de ignición
• Alternativa ligera al acero y al aluminio
• Variante de material con compatibilidad electromagnética disponible
• Es posible un alto porcentaje de fibras recicladas
• Alta estabilidad mecánica y excelentes propiedades eléctricas

Düsseldorf, 26 de septiembre de 2023– “Se debe sobre todo a las fibras que nuestro material estructural es capaz de soportar presiones extremas, temperaturas muy superiores a 1000°C y el impacto de partículas abrasivas calientes que se producen durante el fenómeno de thermal runaway en celdas de batería. Por ello, también es ideal para componentes dentro de la batería como la carcasa de la celda, el soporte y los tabiques”, afirma Dr. Dirk Bonefeld, Head of Tepex® Product Management.

Contención eficaz de incendios en celdas de batería

Las celdas de batería de vehículos están expuestas al riesgo de reacciones químicas exotérmicas que pueden derivar en incendios debido a factores como fallas eléctricas, sobrecalentamiento y daños mecánicos. Este proceso se denomina "thermal runaway". Si el incendio se extiende de una celda a la siguiente, se llama "thermal propagation". Se debe hacer todo lo posible para impedir que el fuego se propague a todo el vehículo y ponga en peligro a los ocupantes. Por este motivo, la carcasa de la batería desempeña un papel clave en la contención de los incendios. Las pruebas de thermal runaway simulan las condiciones extremas a las que se ve sometida la carcasa de la batería durante un incendio. “Nuestro nuevo composite puede superar las pruebas estándar para estas eventualidades –como el test BETR según UL 2596– con espesores de muestra de tan solo dos milímetros o incluso menos”, afirma Bonefeld. BETR significa “battery enclosure thermal runaway”. E incluso con grosores de pared de apenas dos milímetros, el material fácicumple plenamente los requisitos de la prueba de estrés de baterías que implica el bombardeo de partículas, tal como fue realizada por svt Holding GmbH, una empresa líder en diversas áreas, incluidas aplicaciones industriales de protección contra incendios. “Incluso tras la exposición al bombardeo de partículas, la muestra de prueba de Tepex® no sufrió perforación, ni siquiera cuando la temperatura al final de la prueba alcanzó los 1400 °C, ni durante otros 20 segundos posteriores; y todo ello sin medidas de protección adicionales en el material ni chapas metálicas de refuerzo. Así que incluso con espesores de pared bajos y, por tanto, un peso reducido, se garantiza un alto grado de seguridad,” afirma Bonefeld. El composite también actúa como una barrera eficaz frente a fuentes externas de incendio. En la prueba del recipiente de fuego, basada en la normativa UN 180, 6.2.4, que simula escenarios de incendio de baterías altamente realistas en situaciones de accidente, el combustible en combustión no generó orificios en el material y las fibras no se inflamarán.

Diseño ligero apto para la producción en masa

Otra ventaja de este material es que es mucho más ligero que el acero o el aluminio. “La densidad de una variante exclusivamente reforzada con fibra de vidrio es aproximadamente un 70 % menor que la del acero. Y si la capa central del composite se refuerza con fibras de carbono, esta diferencia de densidad es incluso mayor. Por tanto, en comparación con el aluminio, nuestro composite puede ser significativamente más de un tercio más ligero,” afirma Bonefeld. Envalior ha completado el desarrollo de este material ligero y ahora lo ofrece en cantidades adecuadas para la producción en masa.

Amplia variedad de fibras, disposiciones de fibras y materiales de matriz

El composite consta de varias capas de fibras largas y/o continuas. Dependiendo de los requisitos, cada La capa puede ser reforzada con textiles de fibra especiales. El contenido total de fibra en el composite supera el 50 por ciento en peso. Como materiales de matriz se pueden emplear poliamidas u otros plásticos de ingeniería. “En particular, la gran libertad de elección en cuanto a fibras, disposiciones de las fibras y materiales de matriz, constituye una ventaja significativa de nuestro material. Esto permite que se adapte específicamente a los requisitos individuales”, señala Bonefeld.

El composite también está disponible en una variante que contiene fibras de carbono recicladas, lo que sitúa la proporción de material reciclado en el composite total en torno al 36 por ciento en peso. “Este composite es especialmente adecuado para carcasas sometidas a cargas mecánicas muy elevadas. Y las fibras de carbono lo convierten en el material idóneo cuando se requiere que la carcasa proporcione apantallamiento electromagnético”, afirma Bonefeld. Este apantallamiento asegura que cualquier equipo dentro o cerca de la batería no esté expuesto a interferencias eléctricas o electromagnéticas.

Aislante eléctrico, alta rigidez dieléctrica y resistencia al tracking

Las fibras de las capas exteriores están completamente impregnadas con plástico matriz, generando una superficie plástica cerrada. “Esto garantiza que nuestro material presente excelentes propiedades eléctricas, como alta rigidez dieléctrica y resistencia superficial”, indica Bonefeld. También ofrece sobresaliente resistencia al tracking (CTI A > 400 V, Índice de Tracking Comparativo).

Resistente a fluidos de refrigeración por inmersión

El composite también es resistente a fluidos de refrigeración por inmersión. Con frecuencia, carcasas de baterías completas se sumergen en estos fluidos eléctricamente no conductivos y altamente ignífugos como método de refrigeración directa (refrigeración por inmersión), por ejemplo, para disipar eluna cantidad significativa de calor que se genera cuando las baterías se someten a una carga rápida. El almacenamiento a largo plazo en fluidos dieléctricos estándar para refrigeración por inmersión mostró que, incluso después de 1.500 horas, el composite no presenta cambios en sus propiedades mecánicas ni comienza a hincharse, y tampoco libera sustancias en el fluido de refrigeración. Esto significa que puede utilizarse en fluidos para refrigeración por inmersión sin ningún problema.

Creación de ciclos sostenibles de materiales

Como material termoplástico, el nuevo composite —al igual que todos los productos de la gama Tepex® organic sheet— puede reciclarse fácilmente, lo que permite que residuos de producción como recortes puedan triturarse y reutilizarse como compuestos reciclados con garantía de calidad para moldeo por inyección. Los componentes también pueden reciclarse de esta manera. Los composites y componentes pueden asimismo reciclarse mediante solvolisis y despolimerización. “Por lo tanto, nuestro nuevo material es ideal para la creación de ciclos sostenibles de materiales”, afirma Bonefeld.

Creciente interés en los vehículos eléctricos

En 2022, había 26 millones de vehículos eléctricos en circulación a nivel mundial, un incremento de más de 9 millones respecto al año anterior. Según una previsión de la Agencia Internacional de Energía (IEA), esta cifra aumentará a más de 200 millones para 2030. Esto indica que los vehículos eléctricos están adquiriendo un papel cada vez más relevante en el transporte motorizado privado. El mayor mercado de vehículos eléctricos actualmente es China, aunque el número también está creciendo en Alemania, donde, a principios de 2023, se registraron más de un millón de vehículos totalmente eléctricos. “Con nuestros materiales, queremos contribuir a mejorar la seguridad y la sostenibilidad en el sector del transporte eléctrico, para que esta tendencia ecológica...El transporte respetuoso con el medio ambiente finalmente puede lograr su avance,” afirma Henrik Plaggenborg, responsable de Global Sales & Business Development Tepex en Envalior.

Acerca de Envalior

Envalior es líder global en materiales de ingeniería, con más de 4.000 empleados en todo el mundo. Fue fundada en 2023 mediante la fusión de Lanxess Performance Materials y DSM Engineering Materials. Con una larga trayectoria en innovación orientada al cliente, Envalior se especializa en el desarrollo de soluciones de materiales sostenibles y de alto rendimiento. Los principales mercados incluyen Automoción, Nueva Movilidad, Electrónica & Eléctrico y Bienes de Consumo. Para obtener más información, visitewww.envalior.com.

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