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可持續生物基PPA材料，助力減少電動汽車行業碳足跡

來源：新材料在線|

發表時間：2022-10-18

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雙碳政策下，實現經濟的綠色低碳轉型已成為當前我國經濟高質量發展的一條核心發展主線。生物基材料產業是新材料產業的重要組成部分，未來10年，至少將會有20%的石化產品、約8000億美元的石化產品可由生物基產品替代。

低碳轉型背景下，電動汽車設計師在材料選擇上面臨多種挑戰，以電源模塊為例，在電力電子元件的運行和效率方面發揮著關鍵作用，所用材料需要滿足低碳排放，及各種性能要求，例如相對漏電起痕指數（CTI）、相對溫度指數（RTI）、耐燃性、電氣性能保持率、韌性以及與電子芯片和制造工藝的兼容性等。

材料如何低碳？

要確保電源模塊材料實現低碳，需要與致力于減少從原材料到OEM整個價值鏈碳足跡的供應商開展合作，建立起一個循環價值鏈生態系統。應對這一挑戰的第一步是與在生產過程中使用可再生或回收原材料的原材料供應商合作。一旦建立起合作伙伴關系，下一步就是材料供應商通過在其制造工廠中利用可再生能源來完成制造過程，努力減少、再利用或回收廢物，同時提高水的利用率和效率。

前兩個步驟是實現價值鏈循環的關鍵推動力。當材料供應商與電源模塊制造商合作時，循環的下一步就建立起來了。電源模塊生產商通過選擇具有低GWP的材料來優化其材料選擇，從而減少二氧化碳足跡。

索爾維的Amodel? Bios PPA等級由部分生物來源的原料制成，并且還使用100%可再生電力生產（在美國）。這兩種技術的成果是，Amodel? Bios PPA擁有市售PPA的同類最佳GWP，生物基含量達到22%，并且計劃到2025年將生物基含量提升到75%。下面的圖1A和圖1B顯示了從2013年到2021年Amodel? PPA的碳足跡減少以及Amodel? Bios PPA的特定GWP。

圖1A： Amodel? Bios PPA的碳足跡演變 -2013年至2021年間減少了30%碳足跡

圖1B： Amodel? Bios PPA的GWP

以2018年為基準，索爾維在生產Amodel? PPA的制造工廠中相當完善地解決了可持續性問題。如下面所示，這些工廠使用100%可再生電力（在美國），這是減少碳足跡的關鍵一步。此外，索爾維還致力于改善用水量，不但將用水量減少15%，同時還減少了50%的不可持續廢物。下面的圖2中顯示了這些數字。

圖2： Amodel? PPA制造工廠的可持續性改進

從技術角度來看，幾個規格的Amodel? Bios PPA專為各種電力電子元件（電源模塊、電容器支架、高壓連接器和母線）而設計。具體包括：Amodel? Bios PPA HFFR R1-133、HFFR R1-145和AE R1-133。這些材料可為HFFR等級提供出色的機械性能、高CTI以及優秀的阻燃性（V-0）。

Amodel? Bios PPA具有生物基PPA中最高的Tg（135°C）和熔點（315°C），這有助于在高溫下保持介電強度，同時又能與包括表面貼裝技術和IR回流焊在內的各種電子工藝兼容。

下面的圖3中給出了電源模塊外殼的典型材料特性。

圖3：電源模塊高性能聚合物與熱性能和電氣性能

CTI是電力電子元件領域的一項重要要求，因為節省封裝空間對于提高電力電子系統的效率發揮著關鍵作用。通過讓組件變得更小、更薄，可以減小鋁外殼的整體尺寸，從而減輕重量。

在高溫下保持CTI也是一個考慮因素。下面的圖4顯示了CTI測試方法和分級指數，圖5顯示了Amodel? Bios PPA的CTI能力。

圖4： CTI測試方法和漏電起痕指數

如圖4所示，根據規范定義的最大CTI > 600（PLC 0）。不過，這并不妨礙我們在測試評估中獲得更高的值。根據測試標準，PLC仍將保持為0，但通過提供比規范定義的信息更準確的數據，可以獲得更高的值。

圖5： Amodel? Bios PPA的CTI結果

與標準PPA相比，Amodel? BIOS PPA的另外兩個特點是吸濕性更低（與標準PPA相比降低40%）和更高的沖擊強度（與標準PPA相比提高55%）。在這兩個優點的加持下，可以實現出色的尺寸穩定性和整體電源模塊性能。Amodel? Bios PPA改進了含水量性能，解決了潮濕環境中電接觸腐蝕帶來的挑戰。圖6和圖7分別將Amodel? Bios PPA與標準PPA進行了比較。

圖6：吸水率比較