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Gestión térmica en 2020

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La gestión térmica es una consideración crítica para muchas tecnologías y mercados, desde los paquetes de baterías de vehículos eléctricos hasta los centros de datos y los dispositivos 5G. Varias noticias, anuncios, tendencias y adquisiciones en 2020 han puesto de relieve la necesidad de una gestión térmica eficaz en estas áreas tecnológicas emergentes. Se está abriendo un enorme mercado para los proveedores de componentes y materiales en el ámbito de la gestión térmica

En 2020, hemos visto a varias industrias y proveedores de materiales continuar esta tendencia para enfatizar las consideraciones térmicas en el diseño de productos y la selección de materiales.

Vehículos eléctricos
Los vehículos eléctricos (VE) son el futuro de la industria de automoción; desafortunadamente el 2020 parece haber sido el año de la retirada de los VE debido a los incendios de las baterías. En China, 10.579 vehículos eléctricos de batería (VEB) e híbridos enchufables (VEHP) han sido retirados del mercado debido a los riesgos de incendio en 7 fabricantes de equipos originales (de enero a octubre). General Motors ha retirado 68.667 Chevrolet Bolts, diciendo a los propietarios que no aparquen sus coches cerca de su casa o en su garaje por el riesgo de incendio. Esto tampoco se ha limitado a unos pocos OEMs. Contactos en la industria han revelado a IDTechEx que los VEs serán más seguros que los vehículos convencionales, pero actualmente, casi todos los OEMs con VE han tenido al menos un incidente grave relacionado con el fuego. Las causas de estos incendios han variado, siendo los contaminantes en las celdas la causa en algunos casos y el mal diseño térmico que permite que las baterías se sobrecalienten en otros. Independientemente de la causa principal, la importancia de prevenir el sobrecalentamiento de las celdas y la detección y contención de la fuga térmica es un tema de creciente importancia.

Los vehículos eléctricos tienen varias áreas que requieren una gestión térmica eficaz; sus baterías de alto voltaje, sus motores de tracción y sus componentes electrónicos de potencia requieren un rango de temperatura específico para su funcionamiento óptimo. La forma en que esto se incorpora al control climático del habitáculo de los vehículos es también un área crucial. En los últimos años hemos visto a los fabricantes de vehículos eléctricos pasar de enfriar sus baterías de forma pasiva o con aire forzado a sistemas de agua-glicol. En 2019, las baterías refrigeradas por líquido se convirtieron en la forma más popular de refrigeración de baterías en los vehículos eléctricos, una tendencia que vemos que continúa en 2020. Nissan ha sido históricamente uno de los principales defensores de la refrigeración por aire en sus vehículos eléctricos con el Leaf, sin embargo, el recién anunciado Ariya utilizará la refrigeración líquida. El primer VE de Honda, el Honda entregó sus primeros pedidos en 2020 con un paquete de baterías refrigeradas por líquido. 2020 también fue el primer año de entrega completa de Porsche para el Taycan, utilizando un paquete de baterías de 800 V con un sofisticado sistema de refrigeración líquida.

Calentar el habitáculo es un área en la que los vehículos de combustión tienen una ventaja sobre los VE. El exceso de calor de un motor de combustión puede utilizarse para calentar la cabina, mientras que, en un VE, muchos utilizan un simple calentador resistivo, que agota la batería. Cada vez se da más crédito a las bombas de calor, que pueden enfriar o calentar una batería de manera eficiente. Al enfriar la batería, el exceso de calor se envía al calentador del habitáculo, el calor del aire ambiente también puede ser redirigido al calentador del habitáculo. Nissan fue el primero en utilizar una bomba de calor en 2013, en 2020 la gran mayoría de los modelos de VE lanzados tenían bombas de calor instaladas, incluyendo modelos de VW, Hyundai, Mini, Vauxhall y más. El año 2020 marcó las primeras entregas del modelo Y de Tesla, el primer modelo de Tesla que utiliza una bomba de calor. Desde entonces, Tesla ha anunciado que el modelo 3 de actualización para 2021 también recibirá la bomba de calor.

Con el rápido crecimiento del mercado de los VE, los eventos de incendio pueden ser más comunes, lo que significa que se requerirá un enfoque mucho mayor hacia la seguridad contra el fuego desde el punto de vista de la regulación y la solución material. La creciente utilización de sistemas de refrigeración líquida y tecnologías de bombas de calor muestra cómo los fabricantes están considerando la importancia de la gestión térmica y la implementación de soluciones.

5G
5G promete increíbles tasas de descarga y una comunicación de latencia extremadamente baja. Los primeros smartphones 5G llegaron al mercado en 2019, pero el mercado se ha expandido rápidamente en 2020. Los primeros teléfonos 5G se sobrecalentaban rápidamente, especialmente en climas cálidos cuando usaban mmWave, bajando al uso de 4G para mantener las temperaturas bajas. La utilización de material alrededor de la antena de mmWave también revela desafíos con la propagación de la señal. Esto presenta una oportunidad para que los proveedores de materiales aborden estos desafíos. Los mercados clave serán para los materiales de interfaz térmica (TIM), los propagadores de calor y los materiales de aislamiento térmico. En los últimos años se ha visto un aumento de la aplicación de cámaras de vapor en los teléfonos
inteligentes para mejorar la propagación del calor. Sin embargo, su futuro está lejos de estar asegurado, ya que varios modelos de alta gama siguen utilizando disipadores de calor de grafito por su reducida complejidad, coste y peso. Por ejemplo, en 2020, Samsung, que anteriormente había exagerado las cámaras de vapor, ha utilizado un disipador de calor de grafito o una cámara de vapor de cobre en el Note 20 indistintamente. Además para 2020, los primeros teléfonos 5G de Apple, la línea de iPhone 12, todos usan disipadores de calor de grafito y no han adoptado cámaras de vapor.

En 2020 se lanzaron varios nuevos materiales térmicos para aplicaciones 5G. Para los TIM, DOW introdujo el DOWSIL TC-3065 Thermal Gel con una conductividad térmica de 6.5 W/mK y espesores de línea de bonos de hasta 150 micrones, especificando aplicaciones en transceptores ópticos, discos duros de estado sólido y otros dispositivos de red. Henkel también anunció su portafolio de TIMs para infraestructura 5G, incluyendo el TIM BERGQUIST LIQUI-FORM TLF 6000HG tipo gel con una conductividad térmica de 6.0 W/mK y su BERGQUIST GAP PAD TGP 10000ULM con una conductividad térmica de 10 W/mK y planes para una versión de 12 W/mK. Otro lanzamiento significativo de material en 2020 fue el anuncio del material de aislamiento térmico de W.L. Gore para teléfonos inteligentes, este material tiene una conductividad térmica inferior a la del aire, ayudando a reducir los puntos calientes en la superficie del dispositivo, pero también es compatible con la nueva antena de 5G de onda mmWave que puede luchar contra la propagación de la señal.

A medida que 5G se extiende, vemos una mayor utilización de la frecuencia de mmWave para las mayores tasas de descarga y la menor latencia.

El rápido crecimiento del despliegue de 5G y especialmente el aumento de la utilización de la onda mmWave presentará más desafíos y oportunidades para varios materiales y componentes dentro del mercado de la gestión térmica tanto para los teléfonos inteligentes como para la infraestructura de telecomunicaciones.

Adquisiciones y asociaciones destacadas
En octubre de 2020, Honeywell adquirió Rocky Research, una empresa con sede en Nevada líder en soluciones de gestión térmica, energética y de energía. Esta adquisición permitirá a Honeywell ampliar significativamente su cartera de materiales térmicos en el mercado aeroespacial. Rocky Research ha obtenido previamente varios contratos importantes de apoyo al Departamento de Defensa y Seguridad Nacional de los Estados Unidos.

Rex Materials Group (RMG) fue adquirido por Unifrax en junio de 2020. Unifrax proporciona materiales especializados de alto rendimiento para la gestión térmica, el control de emisiones, las baterías, la filtración especializada y la protección contra incendios, y está respaldada por Clearlake Capital Group, L.P. La incorporación de RMG al grupo amplía la cartera de Unifrax de componentes térmicos de ingeniería de alta temperatura.

Otra adquisición en octubre de 2020 fue la de Latent Heat Solutions, LLC (LHS) que fue adquirida por el Grupo CAVU. CAVU es líder en soluciones de gestión térmica y de control de la temperatura. LHS proporciona sistemas de gestión térmica para el almacenamiento de energía de baterías comerciales y la estabilización de la temperatura de componentes térmicamente sensibles. La tecnología de LHS incluye el uso de materiales de cambio de fase (PCM) y ayuda a prevenir la fuga térmica en las celdas de las baterías. Se dice que la fusión aumenta los materiales innovadores^, la ingeniería y las capacidades de producción de la CAVU.

KULR Technology Group, Inc. ha anunciado una asociación con Airbus para proporcionar sus soluciones de diseño de baterías resistentes a la propagación pasiva para baterías de Li-ion en aplicaciones aeroespaciales. Las tecnologías de KULR incluyen la prevención de la fuga térmica y los cortocircuitos internos. El diseño de KULR implica un escudo tipo manga que separa las celdas individuales, los núcleos de fibra de carbono y el refrigerante líquido.

Resumen

2020 no sólo ha demostrado que continúa la tendencia de los fabricantes hacia una gestión térmica más eficaz, sino que se han puesto de relieve varios aspectos a la vista del público, con los incendios y retiradas de vehículos eléctricos, además del sobrecalentamiento de los teléfonos inteligentes. El mercado en continuo crecimiento de los materiales térmicos presenta una variedad de oportunidades en varias aplicaciones y seguirá creciendo rápidamente en los próximos años. A partir de 2021 seguirá aumentando la presión sobre la gestión térmica, desafío que se resolverá mediante soluciones de ingeniería y materiales en una gama cada vez más amplia de aplicaciones.

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