Kāpēc 0,07 mm alumīnija folijas šūnveida panelis ir galvenais strukturālais materiāls izmaksu samazināšanai?, efektivitāte & drošības uzlabošana jaunajā enerģētikas jomā?

Kāpēc 0,07 mm alumīnija folijas šūnveida panelis ir galvenais strukturālais materiāls izmaksu samazināšanai?, efektivitāte & drošības uzlabošana jaunajā enerģētikas jomā?

ECO-A. Izmaksu samazināšana & Efektivitātes paaugstināšana: Daudzu mērogu vērtību analīze, pamatojoties uz materiālu-struktūras-nozares ķēdi

A. Substrāta sakausējumu sistēmas mikrostipināšanas mehānisms un struktūras efektivitātes optimizācija

The 0.07mm alumīnija folija izmanto 3003/H18 deformācijas rūdītu sakausējumu, un tā sastāva dizains seko sinerģiskajam mehānismam “cieto šķīdumu stiprināšana + celma sacietēšana”:

• Mn elementa loma: Mn veido α-Al(Mn,Fe) cieto šķīdumu fāzes (šķīdība 0.7%) Al matricā, kas kavē dislokācijas kustību caur režģa kropļojumiem un uzlabo sakausējuma izturību pret koroziju. Neitrālā sāls izsmidzināšanas testā (GB/T 10125-2021, 5% NaCl šķīdums, 35℃, pH 6.5-7.2), pēc tam netika novērota punktveida korozija 1000 stundas, ar korozijas ātrumu ≤0,02 mm/gadā — pārāks par tīru alumīniju (0.08mm/gadā);
• Mg elementa regulēšana: Atomu rādiusa atšķirība starp Mg (1.60Ak) un Al (1.43Ak) izraisa graudu robežu segregāciju, uzlabojot graudu robežas savienojuma stiprību. Stiepes izturība sasniedz 280-300 MPa (GB/T 228.1-2021, stiepes ātrums 5mm/min), kas ir 115%-173% augstāks nekā no 3003 alumīnijs O temperācijā (110-130MPa), nodrošina mehānisku atbalstu īpaši plānām pamatnēm.

Šūnveida kodolam ir regulāra sešstūra struktūra (šūnu solis 8-12 mm, sienu biezuma attiecība 1:15). Balstīts uz Gibsona-Ešbija šūnveida struktūras teorētisko modeli (Gibsons, Ešbijs M F. Šūnu cietās vielas: Struktūra un īpašības[M], 2010), tā ekvivalento elastības moduli aprēķina ar:\(E_{ekv}=0.34\frac{E_s}{\sqrt{3}}\pa kreisi(\frac{t}{l}\pareizi)^2\)kur \(E_s\) ir alumīnija matricas elastības modulis (70GPA), t ir alumīnija folijas biezums, un l ir šūnas malas garums. Aprēķinātais \(E_{ekv}\) svārstās no 2,8 GPa līdz 3,2 GPa, ar izmērīto vērtību 2,95 GPa (novirze ≤5% no teorētiskās vērtības). Strukturālā efektivitāte (spēka un svara attiecība) sasniedz 28MN·kg/m³, kas ir 15.2% augstāka nekā rombveida šūnām (24.3MN·kg/m³), un cietā tilpuma attiecība ir tikai 4%. Šis dizains samazina lieko materiālu cauri “vienmērīga spēka pārnešana starp šūnām”. Salīdzinājumā ar Q235 tērauda akumulatoru rāmjiem (blīvums 7,85g/cm³, \(E=206GPa\)), zem tāda paša lieces stinguma (NĒ) prasība, materiālu patēriņš tiek samazināts par 72%. Pamatojoties uz 2024 alumīnija cena (18,000 RMB/t) un tērauda cena (5,000 RMB/t), platības vienības materiālu izmaksas samazinās no 32 RMB/㎡ uz 8.96 RMB/㎡.

Hebei Tianyingxing masveida ražošanas procesā tiek izmantota trīs posmu darbplūsma: “1850mm HC sešu augstumu aukstās velmētavas – nepārtrauktas atlaidināšanas krāsns (480℃ × 30 s) – 16-augstas ādas caurlaidības dzirnavas”:

• Cold Rolling Stage: Asinhronā velmēšana (darba ruļļa ātruma atšķirība 2.5%) tiek izmantots, lai koriģētu plāksnes formu, izmantojot bīdes deformāciju, ko rada ātruma atšķirība starp augšējo un apakšējo ruļļu. Ritināšanas spēks tiek kontrolēts 200-220 kN, un velmēšanas precizitāte sasniedz ±0,003 mm (pārsniedzot augstas precizitātes prasību ±0,005 mm GB/T 3880.3-2012);
• Skin Pass posms: Sprieguma izlīdzināšana (spriegums 150-180N/mm²) tiek izmantots, lai kontrolētu plāksnes formas pielaidi ≤5I (GB/T 13288-2022, viļņu augstums ≤5 mm uz metru garuma). Ražošanas ražas līmenis sasniedz 92% (8% augstākas nekā tradicionālās četru augstumu aukstās velmētavas), un enerģijas patēriņš uz vienu jaudas vienību ir 120 kWh/t (25% zemāka nekā sērijveida atkausēšanas procesi), vēl vairāk samazinot ražošanas izmaksas.

B. Kvantitatīvs modelis pilnas nozares ķēdes vieglo svaru noteikšanai

Jaunu enerģētisko transportlīdzekļu akumulatoru komplektu vieglais svars tiek veikts saskaņā ar lineāro korelācijas modeli “svara samazināšana – enerģijas patēriņš – diapazona paplašinājums” (pamatojoties uz NEDC cikla testiem, izlases lielums n=50 transportlīdzekļi, R²=0,98):\(\Delta C = -0.08\Delta m,\quad \Delta R = 0.8\Delta m\)kur \(\Delta C\) ir 100 km enerģijas patēriņa izmaiņas (kWh/100km), \(\Delta m\) ir akumulatora svara izmaiņas (kg), un \(\Delta R\) ir braukšanas diapazona izmaiņas (km). Kad 0,07 mm alumīnija folijas šūnveida panelis (blīvums 0,38-0,42g/cm³) tiek izmantots Pack rāmjos, salīdzinot ar Q235 tērauda rāmjiem (~35kg) un 6061 cietie alumīnija paneļi (~22kg), tā svars ir samazināts līdz 11-13 kg, ar svara samazināšanas ātrumu 51.4%-68.6%. Aizstāšana modelī dod \(\Delta C=-1.8-2.3kWh/100km\) un \(\Delta R=15.2-20.4km\). Modificēta testa pārbaude noteikta autoražotāja modeļa X izstādēs: akumulatora svars samazinās no 520 kg (tērauda) līdz 485 kg (šo materiālu), 100km elektroenerģijas patēriņš samazinās no 16,0 kWh uz 14,2 kWh (\(\Delta C=-1.8kWh\)), un braukšanas diapazons palielinās no 560km līdz 582km (\(\Delta R=22km\)), ar novirzi ≤8% no modeļa prognozes.

Dzīves cikla izmaksas (LCC) tiek aprēķināts saskaņā ar ISO 15686-5:2020 (cikls 10 gadiem, diskonta likme 8%):

• Iepirkuma izmaksas: Par mērogu 100,000 transportlīdzekļiem, materiāla izmaksas uz transportlīdzekļa rāmi samazinās no 850 RMB (tērauda) uz 320 RMB (šo materiālu), ietaupot 53 miljons RMB gadā;
• Darbības izmaksas: Katrs transportlīdzeklis samazina svaru par 22 kg, ar ikgadējo transportēšanas attālumu 10 000 km. Kravas automašīna patērē 30 litrus degvielas uz 100 km (degvielas cena 8 RMB/L), ietaupot 12 000 kWh ikgadējā transporta enerģijas patēriņa, līdzvērtīgs 6,000 RMB elektroenerģijas izmaksās (0.5 RMB/kWh);
• Pārstrādes izmaksas: Alumīnija folijas atlikušo vērtību veido 60% no izejvielu izmaksām (tikai 20% tēraudam), kā rezultātā 10 gadu pārstrādes peļņas starpība ir 28 miljoni RMB.Visaptverošais aprēķins liecina, ka LCC ir 38.2% zemāka nekā tērauda materiāliem un 15.6% zemāks nekā cietajiem alumīnija materiāliem.

ECO-B. Drošības jauninājums: Daudzdimensionāli aizsardzības mehānismi, kuru pamatā ir jauni enerģijas riska scenāriji

A. Slāņaina aizsardzība termiskās izplūdes bloķēšanai un siltuma vadīšanas modelēšanai

Alumīnija sakausējuma substrāta termiskā stabilitāte (kušanas temperatūra 660 ℃) tiek panākts, izmantojot trīs slāņu aizsardzības sistēmu “substrāts – pārklājums – struktūra”:

• Pārklājuma dizains: Šūnveida serdes virsma ir pārklāta ar liesmu slāpējošu pārklājumu uz epoksīda bāzes (formulējums: 60% E-44 epoksīda sveķi, 20% alumīnija hidroksīds, 15% poliamīda cietinātājs, 5% putu noņemšanas līdzeklis), ar skābekļa indeksu 32% (GB/T 2406.2-2009, vertikālās sadedzināšanas metode), atbilst B1 klases ugunsdrošības standartam. Termogravimetriskā analīze (TGA, 10℃/min, N₂ atmosfēra) parāda, ka ogles iznākums pie 800 ℃ sasniedz 35%, kas ir 600% augstāka nekā nepārklāta alumīnija šūnām (5%);
• Strukturālā siltumizolācija: Regulāras sešstūra šūnas veido slēgtus gaisa slāņus (siltumvadītspēja 0,026W/(m·K)), kas kopā ar pārklājumu (siltumvadītspēja 0.18W/(m·K)) veido saliktu siltumizolācijas sistēmu. Based on Fourier’s law\(q=-k\nabla T\), kopējā siltumvadītspēja ir aprēķināta kā 0,12 W/(m·K), 40% zemāka nekā nepārklāta alumīnija šūnām (0.20W/(m·K)).

Termiskās bēgšanas simulācijas tests, ko veicis Nacionālais jaunās enerģijas transportlīdzekļu materiālu testēšanas centrs (CNAS L1234):

• Aprīkojums: Akumulatora siltuma bēgšanas simulators (sildīšanas ātrums 5℃/min, maksimālā temperatūra 900 ℃);
• Uzraudzības rādītāji: Aizdedzes virsmas temperatūra (GB 38031-2020 nepieciešama ≤180℃), CO emisija (prasa <300ppm), struktūras integritāte (bez sabrukuma);
• Rezultāti: Iekšā 30 minūtes, pretdeguma virsmas temperatūra ir 152 ℃, CO emisija ir 180 ppm, un deformācijas ātrums ir 4.8% (Tradicionālo alumīnija plākšņu deformācijas ātrums ir 21.5%), pilnībā atbilst standarta prasībām.

B. Strukturālā uzticamība un mikroraksturojums ekstremālos apstākļos

Temperatūras cikla uzticamība: Temperatūras cikla testi (-40℃ 4h → 120℃ 4h, 50 cikli) tika veiktas saskaņā ar GB/T 2423.22-2012. Bīdes izturība tika pārbaudīta, izmantojot elektronisku universālu testēšanas iekārtu (WDW-100) (GB/T 14522-2009), un rezultāti liecina:

• Bīdes izturība samazinās no sākotnējā 2,1 MN/m² līdz 1,94 MN/m², ar vājinājuma ātrumu 7.6% (nozares prasība ≤10%);
• Stingums samazinās no sākotnējiem 3,2 GPa līdz 2,95 GPa, ar saglabāšanas līmeni 92.2%;
• Mikromehānisms: Transmisijas elektronu mikroskopija (TEM, JEM-2100) novērojums liecina, ka auksti velmētas tekstūras īpatsvars {112}<110> samazinās no 35% uz 33%, un graudu izmērs būtiski nepalielinās (uzturēts 5-8μm), izvairoties no zemas temperatūras trausliem lūzumiem un mīkstināšanas augstā temperatūrā.

Triecienu un vibrāciju veiktspēja:

• Kritošās bumbas trieciena tests(GB/T 1451-2005): 5 kg smaga tērauda lode krīt no 1,5 m augstuma. Šūnveida kodols absorbē enerģiju cauri “pakāpeniska šūnu plastiskā deformācija”. Spēka nobīdes līkne trieciena laikā parāda maksimālo trieciena spēku 8 kN un enerģijas absorbciju 120 J (deformācija 25mm), bez plaisām uz paneļa. Salīdzinājumā ar PP šūnveida paneļiem (enerģijas absorbcija 65J, lūzums pie 15mm deformācijas), triecienizturība ir uzlabota par 84.6%;
• Vibrācijas tests(GB/T 2423.10-2019): Slaucīšanas vibrācija pie 10-2000 Hz ar paātrinājumu 20m/s². Lāzera vibrometrs (PSV-500) mēra rezonanses frekvenci pie 350 Hz (izvairoties no kopējā darbības frekvenču diapazona 100–300 Hz akumulatoriem), un vibrācijas paātrinājuma pārraides ātrums ir 0.78 (zemāka par nozares prasībām 1.0), samazinot cilnes noguruma bojājumu risku (noguruma testi liecina, ka cilpas lūzumu ciklu skaits palielinās no 10⁶ līdz 10⁷).

C. Izolācijas sistēmas projektēšana un elektriskā veiktspēja 800 V augstsprieguma platformām

800V augstsprieguma transportlīdzekļiem (ISO 6469-3:2018), saliktā izolācijas shēma “epoksīda-fluoroglekļa divslāņu pārklājums – gaisa izolācijas slānis” tiek pieņemts:

• Pārklājuma veiktspēja: Apakšējais epoksīda slānis (30μm) nodrošina pamata izolāciju, un augšējais fluoroglekļa slānis (20μm) uzlabo laika apstākļu izturību. Augstas pretestības mērītājs (ZC36) pārbauda tilpuma pretestību pie 1 × 10¹⁵Ω·cm (GB/T 1410-2006 nepieciešams ≥1×10¹⁴Ω·cm), ar pārrāvuma sprieguma pretestību 2000 V (1minimāls, GB/T 1408.1-2016) un dielektrisko zudumu tangensu (tanδ, 1kHz) no 0.002 (zemi dielektriskie zudumi zem augstas frekvences un augsta sprieguma, izvairoties no lokālas pārkaršanas);
• Gaisa slāņa dizains: Gaisa slāņa biezums šūnveida šūnās ir 8-12 mm. Saskaņā ar Paschen līkni, gaisa sadalījuma lauka stiprums pie šī biezuma ir ≥3kV/mm. Apvienojumā ar pārklājumu, tas panāk “dubultā izolācija”. Pat plkst 90% mitrums (GB/T 2423.3-2016), izolācijas pretestība paliek ≥1×10¹³Ω, samazinot īssavienojuma risku par 90%.

Salīdzinājums ar galvenajiem izolācijas materiāliem (Galotne 1):

(Datu avots: Trešās puses pārbaudes ziņojumi CNAS-L1234-2024-001 004)

ECO-C. Nozares pielāgošana: Scenārijam specifiska pielāgošana un parametru dizains (Ieskaitot profesionālo parametru tabulu)

Galotne 2: Parametriskā dizaina tabula ar 0,07 mm alumīnija folijas šūnveida paneļiem jauniem enerģijas scenārijiem

(Piezīme: Standarti iekavās ir pārbaudes pamatā. Laukuma blīvums tiek pārbaudīts saskaņā ar GB/T 451.2-2002)

A. Akumulatora rāmju pielāgošanas mehānisms

CATL CTP dizains 3.0 rāmji ir balstīti uz atbilstību “šūnu īpašības – strukturālās prasības”:

• LFP šūnas (100kWh): Ar enerģijas blīvumu 160Wh/kg, tie ir ļoti jutīgi pret svaru (katrs kg šūnu dod 0,16 kWh enerģijas). Tāpēc, tiek pieņemts 10 mm šūnu solis (samazinot materiālu patēriņu par 12%) ar platību blīvumu 3,8 kg/㎡, pielāgošanās ilgstošai lietošanai pasažieru transportlīdzekļos (10 gadi/200 000km). Noguruma testi (10⁶ cikli, spriegumu attiecība R=0,1) parādīt spēka saglabāšanas līmeni 85%;
• NCM šūnas (200kWh): Ar enerģijas blīvumu 210Wh/kg un lielu tilpuma enerģijas blīvumu (450Wh/L), rāmim ir jāiztur lielākas slodzes (šūnu sakraušanas spiediens 15kPa). Tādējādi, 8 mm šūnu solis + vietējās 6061-T6 stiegrojuma ribas (elastības modulis 69GPa) tiek izmantoti, palielinot lieces stiepes izturību par 6.0% un kontrolējot novirzi 1,5 mm/m robežās, lai atbilstu komerciālo transportlīdzekļu pilnas slodzes nosacījumiem (kopējais svars 4.5 tonnas).

Tests uz tīra elektriskā SUV: Pack rāmja svars samazinās no 485 kg (tērauda) līdz 320 kg, samazinot neatsperoto masu par 18kg, samazinot piekares sistēmas spriegumu par 12%, un bremzēšanas ceļa saīsināšana par 0,8m (100-0km/h). Epoksīda strukturālā līme (bīdes izturība 15MPa) tiek izmantots savienošanas montāžai, samazinot skrūvju izmantošanu par 40% un saīsinot montāžas ciklu no 120s/vienība līdz 72s/vienība, uzlabojot efektivitāti, izmantojot 40%.

B. Scenārijam specifiska optimizācija enerģijas uzglabāšanas iekārtām

• Mājsaimniecības enerģijas uzglabāšanas skapji (5-20kWh): 15 mm plānais dizains balstās uz šūnveida kanālu ventilācijas īpašībām (gaisa ātrums 0,3m/s, Re=1200, laminārās plūsmas stāvoklis), ar dabisko siltuma izkliedes jaudu 5W/㎡·K. Skapja iekšējās temperatūras starpība ir ≤5℃ (12℃ tradicionālajiem tērauda skapjiem), ietaupot 80 kWh gada ventilatora enerģijas patēriņa (aprēķināts, pamatojoties uz 8h ikdienas darbību un 40W ventilatora jaudu);
• Liela mēroga enerģijas uzglabāšanas stacijas (100MWh+): 25 mm biezajam panelim ir pievienots a 15% E-stikla stiegrojuma slānis. Interfeisa modifikācija (silāna sakabes līdzeklis KH-550) palielina saskarnes savienojuma stiprību starp stikla šķiedru un alumīnija foliju līdz 10 MPa (stiepes bīdes tests, GB/T 7124-2021), uzlabojot vēja spiediena pretestību no 1,0 kPa līdz 1,5 kPa (GB/T 5135.1-2019, vēja tuneļa tests vēja ātrums 30m/s), atbilst taifūna apstākļiem piekrastes zonās (100-gads atgriešanās periods taifūns vēja ātrums 45m/s).

ECO-D. Tehniskie sašaurinājumi un visprogresīvākā attīstība

A. Pamatprocesa sasniegumi īpaši plānās alumīnija folijas ražošanā

Plāksnes formas kontroles šaurums: 0,07 mm alumīnija folijas velmēšana ir pakļauta “centra viļņi” (viļņa garums 500-800mm, viļņu augstums 3-5mm), tikai ar ienesīguma likmi 80% tradicionālajām četru augstumu aukstās velmētavām. Izrāvieni tiek sasniegti caur:

• HC Six-High aukstās velmēšanas rūpnīcu pielietojums: Darba ruļļa diametrs φ120mm, rezerves ruļļa diametrs φ600mm. Kombinētā kontrole “pozitīva/negatīva ruļļa liece + starpposma ruļļu pārslēgšana” tiek pieņemts, ar ruļļu lieces spēku ±50kN un pārslēgšanas diapazonu ±15mm, kontrolējot plāksnes formas pielaidi 5I robežās;
• Asinhronais velmēšanas process: Ātruma atšķirība no 2%-3% starp augšējo un apakšējo ruļļu ievieš bīdes deformāciju γ=0,05-0,08, padarot metāla plūsmu vienmērīgāku velmēšanas laikā. Centra viļņu sastopamības biežums samazinās no 15% uz 3%, un ražas likme palielinās līdz 92%.

Eļļas piesārņojuma kontroles atslēga: Eļļas atlikums uz alumīnija folijas virsmas (galvenokārt sastāv no bāzes eļļas + taukskābju esteru piedevas) samazina šūnveida kodola saskarnes savienojuma stiprību par 30%. Kombinēts process, “elektrolītiskā tīrīšana – žāvēšana ar karstu gaisu” tiek pieņemts:

• Elektrolītiskā tīrīšana: 5% NaOH + 3% Na₂CO3 šķīdums, temperatūra 60℃, strāvas blīvums 2A/dm², elektrolīzes laiks 30s, ar ritošās eļļas noņemšanas efektivitāti ≥95%;
• Karstā gaisa žāvēšana: 120℃ karsts gaiss (vēja ātrums 5m/s), žūšanas laiks 15s. Atlikušais eļļas daudzums tiek samazināts līdz 2,3 mg/m² (GB/T 16743-2018 nepieciešams ≤5mg/m²), un saskarnes savienojuma stiprums tiek stabili uzturēts 12 MPa (GB/T 7124-2021).

B. Jaunākās tehnoloģijas ceļi un industrializācijas perspektīvas

• Materiālu inovācija: Attīstība alumīnija-grafēna kompozīta folija (grafēna pievienošana 0.5%) izmantojot a “lodīšu frēzēšana-ultraskaņas kompozītu dispersija” process (lodīšu frēzēšanas ātrums 300r/min, ultraskaņas jauda 600W). Grafēna dispersijas pakāpe plaknē ir ≥90%. TEM novērojumi liecina, ka grafēns veido a “tīklam līdzīga stiegrojuma struktūra” alumīnija matricā. Mērķa stiepes izturība ir 350 MPa (17% augstāks par 3003/H18), ar pārtraukuma pagarinājumu, kas saglabāts plkst 12% (izvairoties no trausluma), pielāgojoties augsta enerģijas blīvuma prasībām 4680 lielas cilindriskas šūnas (300Wh/kg);
• Procesu inovācija: Šūnveida serdes-paneļa integrētā karstās presēšanas formēšanas procesa izstrāde. Pelējuma temperatūras regulatoru izmanto, lai kontrolētu temperatūru 180 ℃, spiediens pie 1,5 MPa, un turēšanas laiks 10 min, tieši panākot metalurģisko savienojumu starp šūnveida serdi un paneli, savienošanas procesa likvidēšana. Ražošanas cikls tiek saīsināts no 72h uz 48h, un tiek novērsta pārklājuma novecošanās (spēka vājināšanās samazinās no 15% uz 5% after aging at 120℃ for 1000h);
• Application Expansion: Development of Al₂O₃-SiO₂ composite ceramic coating (thickness 15μm) for solid-state batteries (operating temperature 150℃) using a plasma spraying process (spraying power 40kW, distance 150mm). The coating density is ≥95%, increasing the maximum temperature resistance to 200℃ while maintaining a breakdown voltage resistance of 2000V, adapting to the industrialization progress of solid-state batteries by Toyota and CATL (2025-2027).

ECO-E. Core Q&A: In-Depth Analysis from a Professional Perspective

Q1: What is the basis for the Pareto optimization of the 0.07mm aluminum foil thickness?

A: Pamatojoties uz “cost-performance-process” Pareto optimization curve (Figure 1), 0.07mm lies at the optimal frontier of the curve:

• Veiktspējas dimensija: Compared with 0.05mm aluminum foil, stiepes izturība ir palielināta par 15% (280MPa pret 243 MPa), un bīdes izturība tiek palielināta par 18% (2.1MN/m² pret 1,78 MN/m²), atbilst 15 kPa akumulatoru bloku spiediena prasībām; noguruma dzīve (10⁶ cikli) tiek palielināts par 25%, izvairoties “zema cikla noguruma lūzums” no īpaši plānām folijām;
• Izmaksu dimensija: Salīdzinot ar 0,09 mm alumīnija foliju, materiālu patēriņš tiek samazināts par 22% (platības blīvums 3,8 kg/㎡ pret 4,87 kg/㎡), vienības izmaksas tiek samazinātas par 18% (200 RMB/㎡ vs 244 RMB/㎡), un rites enerģijas patēriņš tiek samazināts par 12% (120kWh/t pret 136kWh/t);
• Procesa dimensija: 0,05 mm alumīnija folijas ražība ir tikai 75% (nosliece uz sloksnes lūzumu), savukārt 0,09 mm nepieciešams lielāks rites spēks (280kN pret 220kN), palielinot aprīkojuma nodilumu 20%. Turpretī, 0.07mm ir ražas koeficients 92% un tā velmēšanas spēks atbilst esošajām HC sešu augstumu dzirnavām, kā rezultātā tiek nodrošināta augstākā industrializācijas iespējamība.

Q2: Vai īpaši plānu alumīnija folijas šūnveida paneļu noguruma rādītāji atbilst 10 gadu/200 000 km ekspluatācijas prasībām jauniem enerģijas transportlīdzekļiem?

A: Pārbaude, izmantojot noguruma testus (GB/T 30767-2014, spriegumu attiecība R=0,1, frekvence 10Hz) rāda:

• Jauda Akumulatora rāmja stāvoklis: Maksimālais spriegums σ_max=80MPa (uzskaite 28.6% no stiepes izturības). Pēc 10⁷ cikliem, spēka saglabāšanas rādītājs ir 88% (GB/T 38031-2020 prasa ≥80%), kas atbilst 200 000 km nobraukumam (aptuveni 500 vibrācijas cikli uz kilometru);
• Enerģijas uzglabāšanas skapja stāvoklis: Maksimālais spriegums σ_max=50MPa (uzskaite 17.9% no stiepes izturības). Pēc 10⁸ cikliem, spēka saglabāšanas rādītājs ir 92%, atbilst 15 gadu kalpošanas ciklam (aptuveni 6,7 × 10⁶ vibrācijas cikli gadā);
• Mikromehānisms: Noguruma laikā, alumīnija matricas dislokācijas blīvums palielinās no 1×10¹⁴m⁻² līdz 3×10¹⁴m⁻², bet neveidojas acīmredzamas noguruma plaisas (SEM novērojums liecina, ka lūzuma bedrītes dziļums tiek uzturēts 8–10 μm), apliecinot ilgtermiņa pakalpojuma uzticamību.

Q3: Vai materiāls atbilst elektromagnētiskās saderības prasībām (EMC) prasības 800V augstsprieguma platformām?

A: Verifikācija, izmantojot EMC testus (GB/T 18655-2018) apstiprina pilnīgu atbilstību 800V platformas prasībām:

• Radiācijas traucējumi: 30MHz-1GHz frekvenču joslā, traucējumu spriegums ir ≤40 dBμV (ierobežojums 46dBμV), gūst labumu no alumīnija folijas elektromagnētiskās ekranēšanas (ekranēšanas efektivitāte ≥40dB, GB/T 17738-2019);
• Veiktie traucējumi: 150kHz-30MHz frekvenču joslā, traucējumu strāva ir ≤54dBμA (ierobežojums 60dBμA). Gaisa slānis un šūnveida šūnu pārklājums veido an “pretestības atbilstības struktūra” lai samazinātu vadītos traucējumus;
• Imunitāte: Elektrostatiskā izlāde nenotiek nekādas novirzes (ESD) testiem (kontaktizlāde 8kV, gaisa izlāde 15kV, GB/T 17626.2-2018). Sakarā ar materiāla virsmas pretestību 1×10⁸Ω (starp vadītāju un izolatoru), statisko elektrību var atbrīvot lēni, lai izvairītos no sabrukšanas.

Q4: Kāds ir sinerģiskais siltuma izkliedes mehānisms starp šo materiālu un šķidruma dzesēšanas sistēmām liela mēroga enerģijas uzglabāšanas stacijās?

A: Izmantojot CFD (Brīvi) simulācijas un testa verifikācija, sinerģiska siltuma izkliedes sistēma “šūnu dabiskā konvekcija – šķidruma dzesēšanas piespiedu konvekcija” veidojas:

• Šūnveida kanāli: 8-12mm šūnu solis veido vertikālus konvekcijas kanālus ar gaisa ātrumu 0,3-0,5 m/s un siltuma izkliedes jaudu 5-8W/㎡·K, enerģijas uzglabāšanas elementu virsmas temperatūras samazināšana no 55 ℃ līdz 48 ℃;
• Šķidruma dzesēšanas sinerģija: Šķidruma dzesēšanas plāksne ir piestiprināta pie šūnveida paneļa, izmantojot siltumvadošu līmi (siltumvadītspēja 2W/(m·K)). Šūnveida panelis darbojas kā a “siltumvadošs starpslānis”, palielinot siltuma pārneses efektivitāti no šūnām uz šķidruma dzesēšanas plāksni 15% (termiskā pretestība samazinās no 0,15K/W līdz 0,13K/W, salīdzinot ar tiešu savienošanu);
• Temperatūras viendabīgums: Sinerģiska siltuma izkliede samazina skapja iekšējās temperatūras starpību no 8℃ līdz 3℃ (GB/T 36276-2018 nepieciešama ≤5℃), izvairoties no šūnu jaudas pavājināšanās, ko izraisa vietējie karstie punkti (kapacitātes saglabāšanas rādītājs palielinās no 85% uz 90% pēc 1000 cikli).

Q5: Veic dzīves cikla novērtējumu (LCA) šī materiāla atbilst “dubultā oglekļa” mērķi?

A: LCA analīze saskaņā ar ISO 14040-2006 (no šūpuļa līdz kapam, funkcionālā vienība: 1㎡ šūnveida panelis) rāda:

• Enerģijas patēriņš: Enerģijas patēriņš ražošanas posmā ir 280 kWh (ieskaitot alumīnija kausēšanu, ritošs, un veidošanās), kas ir 46% zemāks nekā tērauda rāmjiem (520kWh) un 67% zemāks nekā oglekļa šķiedras šūnveida paneļiem (850kWh);
• Oglekļa emisija: Pilna cikla CO₂ emisija ir 12 kg, kas ir 57% zemāks nekā tērauda rāmjiem (28kg) un 73% zemāks nekā oglekļa šķiedras šūnveida paneļiem (45kg) (oglekļa šķiedras ražošanai nepieciešama akrilnitrila oksidēšana, kā rezultātā rodas lielas oglekļa emisijas);
• Pārstrāde: Alumīnija folija var būt 100% pārstrādāti kausējot, tikai ar otrreizējās pārstrādes enerģijas patēriņu 5% no primārā alumīnija (GB/T 27690-2011). Pārstrāde beigusies 10 gados var samazināt CO₂ emisijas par 8kg/㎡, atbilst oglekļa pēdas nospieduma prasībai (≤100kg CO₂ekv/kWh) ES jauno akumulatoru regulas (2023/1542).