De acordo com pt.wedoany.com-Pesquisadores da Universidade de Petróleo da China (Pequim) e da Academia Chinesa de Ciências de Segurança no Trabalho desenvolveram um composto de espuma de silicone ceramificável laminado em gradiente, capaz de impedir eficazmente falhas em cascata durante a fuga térmica em sistemas de armazenamento de energia com baterias de iões de lítio. O material gera uma barreira cerâmica densa em altas temperaturas através de um sistema de enchimento multiescala, resistindo simultaneamente ao impacto de jatos de gás de alta temperatura e alta pressão.
A propagação da fuga térmica é o principal risco de segurança em sistemas de armazenamento de energia com baterias de iões de lítio em escala de utilidade pública. A temperatura central dos jatos de gás emitidos durante a fuga térmica pode atingir 800°C a 1.200°C, com velocidades de ejeção superiores a 200 metros/segundo. Materiais de isolamento passivo tradicionais falham facilmente nestas condições: espumas orgânicas colapsam acima de 300°C, e materiais fibrosos inorgânicos desintegram-se sob impacto de jatos de alta velocidade.
O composto desenvolvido pela equipa de investigação utiliza espuma de polidimetilsiloxano como matriz, incorpora uma estrutura de tecido de fibra de vidro e adiciona um sistema de enchimento multiescala composto por polifosfato de amónio, borato de zinco, caulino e aerogel de sílica. Em condições normais de funcionamento, o material mantém-se flexível e elástico, com estabilidade mecânica entre -40°C e 300°C, retendo 93% da tensão residual após 1.000 ciclos de compressão. Quando exposto a chamas, o enchimento inicia um processo de ceramificação em múltiplas etapas: os retardadores de chama libertam gases inertes e promovem a formação de carbono; o caulino e o aerogel de sílica sofrem sinterização em fase líquida acima de 600°C, gerando uma barreira cerâmica densa. Mesmo que a superfície da espuma seja danificada, o tecido de fibra de vidro incorporado resiste à perfuração por jatos de gás de alta pressão.
Em testes de calorimetria de cone, em comparação com espuma de silicone comum, o composto apresentou uma redução de 54,4% na libertação total de calor e uma redução de 87,9% na produção de fumo. Sob chama de butano a aproximadamente 1.100°C, o material manteve a integridade estrutural por mais de 30 minutos, com a temperatura na face traseira estabilizada em 97,1°C. A condutividade térmica medida foi de 0,046 W/(m·K), cerca de 50% inferior à da espuma de silicone não modificada. O índice limite de oxigénio do material atingiu 33,5%, e obteve classificação de retardância de chama UL-94 V-0.
A avaliação do desempenho do módulo de bateria foi realizada com três baterias prismáticas comerciais de 37 Ah numa configuração controlada de três baterias. Sem isolamento, desde o início da fuga térmica na primeira bateria, todas as três baterias propagaram-se completamente em segundos. Com espuma de silicone comum de 3 mm, a propagação foi atrasada mas não impedida. Com o composto ceramificável de 3 mm, a fuga térmica foi confinada à bateria iniciadora, com a temperatura na face frontal da bateria adjacente a atingir 167,1°C, sem exceder o limiar de fuga.
A perda total de massa no teste com o composto ceramificável foi de 255,4 gramas, enquanto no teste com espuma de silicone comum foi de 796,3 gramas, consistente com os resultados de bateria única confinada. Num teste comparativo independente realizado pela mesma equipa de investigação, o uso de manta comercial de aerogel também permitiu confinar a bateria única, mas a temperatura na face frontal da bateria adjacente foi ligeiramente superior, a 181,1°C. O artigo de investigação indica que a espessura de 3 mm do composto mantém a densidade energética volumétrica do módulo de bateria, e o seu processo de fabrico é compatível com a produção industrial em rolo.
O estudo foi publicado na revista académica Nano-Micro Letters, com o título "Construindo Sistemas de Armazenamento de Energia de Baterias de Iões de Lítio Intrinsecamente Seguros através de Espumas de Silicone Ceramificáveis Laminadas em Gradiente" (Constructing Intrinsically Safe Lithium-Ion Battery Energy Storage via Gradient-Laminated Ceramifiable Silicone Foams). A investigação foi liderada pelo Professor Congling Shi, da Academia Chinesa de Ciências de Segurança no Trabalho, e pelo Professor Laibin Zhang, da Universidade de Petróleo da China (Pequim), com coautoria de Shuilai Qiu e Jingyao Xu.
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