В 2020 году мы наблюдали, как ряд отраслей промышленности и поставщиков материалов продолжали эту тенденцию, уделяя особое внимание тепловым характеристикам при проектировании продукции и выборе материалов.

Электромобили
(EV) — это будущее автомобильной промышленности; к сожалению, 2020 год, похоже, стал годом отзывов электромобилей из-за возгораний батарей. В Китае с января по октябрь семь производителей оригинального оборудования (OEM) отозвали 10 579 электромобилей (BEV) и подключаемых гибридных электромобилей (PHEV) из-за риска возгорания. General Motors отозвала 68 667 автомобилей Chevrolet Bolt, посоветовав владельцам не парковать свои машины рядом с домами или в гаражах из-за риска возгорания. Это коснулось не только нескольких производителей. Представители отрасли сообщили IDTechEx, что электромобили будут безопаснее обычных автомобилей, но в настоящее время почти у каждого производителя электромобилей был как минимум один серьезный инцидент, связанный с возгоранием. Причины этих возгораний были разными: в некоторых случаях причиной были загрязнения элементов, а в других — плохая тепловая конструкция, приводящая к перегреву батарей. Независимо от основной причины, предотвращение перегрева элементов питания, а также обнаружение и локализация теплового разгона становятся все более актуальной темой.

В электромобилях существует несколько областей, требующих эффективного терморегулирования; их высоковольтные батареи, тяговые двигатели и силовая электроника нуждаются в определенном температурном диапазоне для оптимальной работы. Важное значение имеет также то, как это интегрировано в систему климат-контроля салона автомобиля. В последние годы производители электромобилей перешли от пассивного или принудительного воздушного охлаждения батарей к системам на основе водно-гликолевого охлаждения. В 2019 году жидкостное охлаждение батарей стало наиболее популярным методом охлаждения в электромобилях, и эта тенденция, как мы видим, сохранится и в 2020 году. Nissan исторически был ведущим сторонником воздушного охлаждения в своих электромобилях с моделью Leaf; однако недавно анонсированная Ariya будет использовать жидкостное охлаждение. Первый электромобиль Honda, Honda, получил первые заказы в 2020 году с аккумуляторным блоком с жидкостным охлаждением. 2020 год также стал первым годом полноценных поставок Porsche Taycan, использующего 800-вольтовый аккумуляторный блок со сложной системой жидкостного охлаждения.

Обогрев салона — это область, где автомобили с двигателями внутреннего сгорания имеют преимущество перед электромобилями. Избыточное тепло от двигателя внутреннего сгорания может использоваться для обогрева салона, тогда как в электромобилях часто используется простой резистивный нагреватель, который разряжает батарею. Тепловые насосы, которые могут эффективно охлаждать или нагревать батарею, получают все большее признание. Охлаждая батарею, избыточное тепло передается в обогреватель салона; тепло из окружающего воздуха также может быть перенаправлено в обогреватель салона. Nissan первым использовал тепловой насос в 2013 году, и к 2020 году подавляющее большинство выпущенных моделей электромобилей были оснащены тепловыми насосами, включая модели от VW, Hyundai, Mini, Vauxhall и других. В 2020 году начались поставки Tesla Model Y, первой модели Tesla, использующей тепловой насос. С тех пор Tesla объявила, что обновленная Model 3 2021 года также получит тепловой насос.

В связи с быстрым ростом рынка электромобилей количество пожаров может увеличиться, а это значит, что потребуется гораздо больше внимания к пожарной безопасности как с точки зрения регулирования, так и с точки зрения материальных решений. Растущее использование систем жидкостного охлаждения и тепловых насосов демонстрирует, как производители осознают важность управления тепловыми процессами и внедряют соответствующие решения.

Технология 5G
обещает невероятные скорости загрузки и чрезвычайно низкую задержку связи. Первые смартфоны с поддержкой 5G появились на рынке в 2019 году, но в 2020 году рынок быстро расширился. Первые телефоны с 5G быстро перегревались, особенно в теплом климате при использовании миллиметровых волн, часто переключаясь на 4G для снижения температуры. Использование материалов вокруг антенны миллиметровых волн также создает проблемы с распространением сигнала. Это открывает возможности для поставщиков материалов для решения этих проблем. Ключевыми рынками станут термоинтерфейсные материалы (TIM), теплоотводы и теплоизоляционные материалы. В последние годы наблюдается рост применения паровых камер в смартфонах
для улучшения рассеивания тепла. Однако их будущее далеко не гарантировано, поскольку в ряде высококлассных моделей до сих пор используются графитовые радиаторы из-за их меньшей сложности, стоимости и веса. Например, в 2020 году Samsung, ранее рекламировавшая испарительные камеры, использовала в Note 20 либо графитовый радиатор, либо медную испарительную камеру. Также в 2020 году первые телефоны Apple с поддержкой 5G, линейка iPhone 12, использовали графитовые радиаторы и не применяли испарительные камеры.

В 2020 году было выпущено несколько новых теплоизоляционных материалов для 5G-приложений. В качестве теплопроводящих материалов (TIM) компания Dow представила Dowsil TC-3065 Thermal Gel с теплопроводностью 6,5 Вт/мК и толщиной клеевого шва до 150 микрон, предназначенный для применения в оптических трансиверах, твердотельных накопителях и других сетевых устройствах. Компания Henkel также анонсировала свой портфель TIM для инфраструктуры 5G, включая гелеобразный Bergquist Liquid-Form TLF 6000HG с теплопроводностью 6,0 Вт/мК и Bergquist Gap Pad TGP 10000ULM с теплопроводностью 10 Вт/мК, с планами на выпуск версии с теплопроводностью 12 Вт/мК. Еще одним значительным событием 2020 года стало объявление о выпуске теплоизоляционного материала для смартфонов от компании WL Gore. Этот материал обладает более низкой теплопроводностью, чем воздух, что помогает уменьшить количество горячих точек на поверхности устройства, а также совместим с новой антенной mmWave 5G, способной бороться с распространением сигнала.

По мере расширения сети 5G мы наблюдаем все более широкое использование миллиметровых волн для обеспечения более высоких скоростей загрузки и меньшей задержки.

Стремительный рост развертывания сетей 5G, и особенно расширение использования миллиметровых волн, создаст больше проблем и возможностей для различных материалов и компонентов на рынке систем терморегулирования как для смартфонов, так и для телекоммуникационной инфраструктуры.

Значимые приобретения и партнерства.
В октябре 2020 года компания Honeywell приобрела Rocky Research, компанию из штата Невада, лидера в области решений для управления тепловыми процессами, энергией и электропитанием. Это приобретение позволит Honeywell значительно расширить свой портфель тепловых материалов на аэрокосмическом рынке. Ранее Rocky Research заключила несколько крупных контрактов для Министерства обороны и Министерства внутренней безопасности США.

Компания Rex Materials Group (RMG) была приобретена компанией Unifrax в июне 2020 года. Unifrax производит высокоэффективные специализированные материалы для терморегулирования, контроля выбросов, аккумуляторов, специализированной фильтрации и противопожарной защиты, и поддерживается компанией Clearlake Capital Group, LP. Присоединение RMG к группе расширяет портфель высокотемпературных термокомпонентов Unifrax.

Еще одним приобретением в октябре 2020 года стала компания Latent Heat Solutions, LLC (LHS), которую приобрела группа CAVU. CAVU является лидером в области решений для терморегулирования и контроля температуры. LHS предоставляет системы терморегулирования для коммерческих систем хранения энергии на основе батарей и стабилизации температуры термочувствительных компонентов. Технология LHS включает использование материалов с фазовым переходом (PCM) и помогает предотвратить тепловой разгон в батарейных элементах. Сообщается, что слияние расширит инновационные возможности CAVU в области материалов, проектирования и производства.

Компания KULR Technology Group, Inc. объявила о партнерстве с Airbus для предоставления своих пассивных решений по проектированию батарей, устойчивых к распространению радиоволн, для литий-ионных батарей в аэрокосмической отрасли. Технологии KULR включают предотвращение теплового разгона и внутренних коротких замыканий. Конструкция KULR включает в себя защитный кожух в виде рукава, разделяющий отдельные ячейки, сердечники из углеродного волокна и жидкостное охлаждение.

Краткое содержание

2020 год не только продемонстрировал сохраняющуюся тенденцию среди производителей к более эффективному управлению тепловыми процессами, но и привлек внимание общественности к ряду проблем, включая возгорания и отзывы электромобилей, а также перегрев смартфонов. Постоянно расширяющийся рынок тепловых материалов открывает множество возможностей в различных областях применения и будет продолжать быстро расти в ближайшие годы. Начиная с 2021 года, давление на системы управления тепловыми процессами будет только расти, и эта задача будет решаться с помощью инженерных и материальных решений в постоянно расширяющемся диапазоне применений.