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29.05.2018

Elastomere als Hitzeschilde für E-Fahrzeuge

Batterien sicherer machen

Mehr Reichweite, ohne dass die Batterie größer und schwerer wird: Eine höhere Energiedichte schafft die Voraussetzung für die breite Akzeptanz von Elektrofahrzeugen und ist daher wichtigstes Ziel aller Batterieentwickler. Doch je mehr Energie auf engem Raum gespeichert wird, desto höher auch die Sicherheitsanforderungen. So gilt es, für den Fall vorzusorgen, dass eine schadhafte Zelle überhitzt. Dieses von Experten „Thermal Runaway“ oder „Thermisches Durchgehen“ genannte Phänomen kann dazu führen, dass an einer Zelle Temperaturen von bis zu 600 °C auftreten. Die Gefahr: Die Wärme kann in einem solchen Fall durch das Kühlsystem des Akkus nicht schnell genug abgeführt werden. Wenn sich die benachbarten, eigentlich gesunden Zellen durch den Wärmestau ebenfalls erhitzen, kann es zu einer Kettenreaktion kommen, die im schlimmsten Fall zu einer Explosion des gesamten Batteriesystems führt.

Drei Eigenschaften für das Hitzeschild

Freudenberg Sealing Technologies wirkt der Ansteckungsgefahr durch eine Neuentwicklung entgegen. Künftig sollen Hitzeschilde zwischen den einzelnen Zellen dafür sorgen, dass die Wärme in der schadhaften Zelle so lange isoliert wird, bis diese abgebaut worden ist. Das Hitzeschild erfüllt dabei drei grundlegende Eigenschaften: Erstens besteht es selbst aus sehr hitzebeständigem silikonbasierten Elastomer. Zweitens verzögert es den Wärmeübergang zwischen den Zellen durch eine waffelförmige Struktur – winzige Lufttaschen ermöglichen eine hervorragende Wärmeisolation. Und drittens ist das Hitzeschild mit einer Dicke von maximal einem Millimeter sehr schlank. Die zuvor gewonnene Energiedichte verschlechtert sich also durch den Einsatz des Hitzeschildes kaum spürbar.

Schematischer Aufbau einer Batteriezelle mit Positionierung des Hitzeschildes aus hitzebeständigem silikonbasierten Elastomer (© Freudenberg Sealing Technologies)

Neues Prüfverfahren entwickelt

Für die Entwicklung des Hitzeschildes hat Freudenberg Sealing Technologies ein neues Prüfverfahren entwickelt. Es basiert darauf, Proben der Hitzeschilde auf einer 600 °C heißen Oberfläche zu lagern und die Temperatur auf der Rückseite mit Thermoelementen zu erfassen. Versuchsreihen haben gezeigt, dass nach 30 s auf der Rückseite Temperaturen von deutlich unter 200 °C auftreten. Damit wäre eine benachbarte Zelle vor einer Zerstörung der Kathodenmaterialien oder des Separators hinreichend geschützt. Die exakten Grenzwerte hängen natürlich an einer Vielzahl einzelner Parameter wie Chemie und Geometrie der Batteriezellen.

Ausblick

Versuchen an Batteriemodulen und -systemen soll nun nichts mehr im Weg stehen. Auch an die Montage der Hitzeschilde wurde bereits gedacht: Da die Lufttaschen durch einen Saugnapf-Effekt an den glatten metallischen Oberflächen einer prismatischen Zelle gut anhaften, wäre das einzelne Schild exakt zu positionieren. In weiteren Entwicklungsschritten wäre es sogar möglich, die Funktion der Hitzeschilde zu erweitern. Führt man das flexible Formteil auf die Oberseite der Zelle fort, könnte es die sich dort befindende Berstscheibe umschließen und abdichten. Die Berstscheibe ermöglicht bei einem Überdruck in der Batteriezelle dafür, dass die entstehenden teilweise toxischen Gase gezielt entweichen. (fg)

Unternehmensinformation

Freudenberg Sealing Technologies GmbH & Co. KG

Höhnerweg 2-4
DE 69465 Weinheim
Tel.: 06201 80-0

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