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May 30, 2023

I materiali compositi contribuiscono alla riduzione del peso delle batterie dei veicoli elettrici

Stephen Moore | May 15, 2023 Electric vehicles (EVs) generate very different

Stephen Moore | 15 maggio 2023

I veicoli elettrici (EV) generano richieste di materiali molto diverse rispetto ai veicoli con motore a combustione interna (ICE). Con le continue interruzioni della catena di approvvigionamento e la rapida evoluzione della tecnologia delle batterie, i materiali che saranno richiesti nei prossimi anni varieranno in modo significativo. IDTechEx ha appena pubblicato un rapporto, "Materiali per celle e pacchi batteria per veicoli elettrici 2023-2033", che approfondisce la chimica delle batterie, la densità energetica e l'evoluzione della progettazione al fine di determinare la domanda dal 2021 al 2033 per 27 materiali diversi in mercati come auto elettriche, autobus, camion, furgoni, due ruote, tre ruote e microcar.

Nonostante le tendenze verso una maggiore densità energetica e un minore utilizzo di materiali per veicolo, grazie al mercato dei veicoli elettrici in rapida crescita, si prevede che la domanda di materiali per batterie per veicoli elettrici aumenterà di oltre 12 volte, con un valore di mercato che mostrerà un tasso di crescita annuo composto del 26% tra il 2022. e 2033.

Sebbene aumentare la densità energetica delle celle della batteria sia di fondamentale importanza, anche la costruzione del pacco batteria nel suo insieme rappresenta un’ottima strada per migliorare la densità energetica della batteria. La chiave per ridurre il peso è l’adozione di compositi e polimeri rispetto ai tradizionali alluminio e acciaio.

Gran parte della struttura della batteria è attualmente realizzata in alluminio, ma molti progetti hanno adottato coperchi compositi per ridurre il peso e formare forme più complesse. C’è una spinta verso involucri di batterie multimateriale per combinare i vantaggi dei materiali disponibili. Una considerazione chiave per le custodie in composito o polimero è la schermatura dalle interferenze elettromagnetiche (EMI) e la protezione antincendio; questo può essere aggiunto successivamente o integrato nel materiale stesso.

La gestione termica è fondamentale per mantenere le celle a una temperatura operativa ottimale e richiede componenti come piastre fredde e tubi del refrigerante. Sono necessari materiali di interfaccia termica per favorire il trasferimento di calore tra le celle e la struttura di raffreddamento. Prevenire la propagazione della fuga termica tra le celle e all'esterno del pacco batteria richiede materiali di protezione antincendio passivi. Il modo in cui questi materiali e componenti per la gestione termica vengono integrati sta diventando sempre più semplificato, soprattutto con l’adozione di progetti “cell-to-pack”, ma rimarrà un componente operativo critico con una domanda in aumento. Le materie plastiche come le poliammidi svolgono un ruolo chiave in questi sistemi di raffreddamento.

L'industria ha inoltre gradualmente ridotto la quantità di materiali utilizzati per imballare le celle, aumentando il rapporto tra peso e volume della confezione rappresentato dalle celle. Il passo avanti in questo senso è l’adozione del design “cell-to-pack”, in cui il design modulare viene rimosso a favore dell’impacchettamento diretto di tutte le celle. Nonostante la riduzione dei materiali che ciò comporta, la rapida crescita del mercato dei veicoli elettrici significa che molti dei materiali utilizzati in un pacco batteria vedranno un aumento della domanda.

Il rapporto IDTechEx prevede i materiali utilizzati in celle e pacchi, tra cui alluminio, acciaio, rame, litio, cobalto, nichel, manganese, elettrolita, ferro, fosforo, leganti, involucri, nerofumo, silicio, separatori, nanotubi di carbonio, materiali in fibra di carbonio plastica rinforzata, plastica rinforzata con fibra di vetro, materiali di interfaccia termica, materiali antincendio, isolamento elettrico, piastre fredde e tubi del refrigerante.

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