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von A. Fäh

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Innovative 3D-Drucklösungen zur Verbesserung der Batteriesicherheit für Elektrofahrzeuge

 
  • Die Freudenberg Sealing Technologies hat innovative 3D-Thermalbarrieren für Lithium-Ionen-Batterien entwickelt, die das Risiko einer thermischen Überhitzung reduzieren.

  • Diese massgeschneiderten Barrieren können flexibel an verschiedenen Positionen innerhalb der Batterie platziert werden und sind bereits erfolgreich in der Serienproduktion im Einsatz.

  • Sie verlangsamen die Ausbreitung von Hitze und Flammen in der Batterie, was die Sicherheit von Elektrofahrzeugen erhöht und auf dem Weg zu effizienteren Elektromobilitätslösungen einen bedeutenden Fortschritt darstellt.

 

Freudenberg Sealing Technologies präsentiert massgeschneiderte 3D-Sicherheitskomponenten für Batterien.

Thermische Barrieren für Lithium-Ionen-Batterien in 3D-Geometrien. Bildquelle: Freudenberg Sealing Technologies

Freudenberg Sealing Technologies hat bahnbrechende Fortschritte in der Entwicklung von thermischen Barrieren für Lithium-Ionen-Batterien erzielt. Diese Barrieren tragen zur Verlangsamung von thermischer Überhitzung in Li-Ionen-Batterien bei, indem sie die Ausbreitung von Hitze hemmen.


Die neuen massgeschneiderten 3D-Thermalbarrieren können an verschiedenen Positionen innerhalb der Batterie eingesetzt werden und haben sich bereits in der Serienproduktion als zuverlässig erwiesen.


Mit der erwarteten weltweiten Zunahme von über 100 Millionen Elektroautos bis 2030 arbeiten Hersteller daran, die Effizienz der Elektromobilität durch höhere Reichweiten und kürzere Ladezeiten zu steigern. Hierbei spielen leistungsstarke Batterien eine wichtige Rolle. Allerdings erhöht die höhere Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien das Risiko einer thermischen Überhitzung.


Was völlig neu ist: Die thermischen Barrieren sind nun auch in massgeschneiderten, flexiblen 3D-Geometrien erhältlich. Dies ermöglicht ihren Einsatz an verschiedenen Positionen innerhalb der Batterie und die Integration zusätzlicher Komponenten.


Thermische Überhitzung, ein Problem, das zur Entzündung oder Explosion einer Batteriezelle aufgrund eines sich selbst verstärkenden Erhitzungsprozesses führt, birgt erhebliche Sicherheitsrisiken. Ursachen können interne und externe Faktoren wie Überladung, übermässige Entladung, Beschädigung oder Erwärmung der Batterie sein.

Thermische Überhitzung setzt nicht nur Flammen und heisse Gase frei, sondern auch elektrisch leitfähige Partikel. Diese können wiederum zur Wärmepropagation in benachbarten Zellen führen und zu Kurzschlüssen im elektrischen System führen. Thermische Barrieren fungieren als Schutzschichten, die die Ausbreitung von Hitze und Flammen in der Batterie verlangsamen oder sogar verhindern und somit die Sicherheit signifikant erhöhen.


Neben den bestehenden zweidimensionalen Barrieren wie flachen Matten und Wärmedecken eröffnet die 3D-Variante völlig neue Möglichkeiten. Kundenspezifische, dreidimensionale Geometrien können in verschiedenen Fertigungsprozessen mit hoher und niedriger Stückzahl hergestellt werden, wie beispielsweise Spritzguss und kontinuierliche Extrusion.


Profildichtungen, Modultrennwände und Abdeckungen, einschliesslich solcher für Sammelschienen, Kühlleitungen oder elektrische Komponenten, sind einige der derzeit produzierten Produkte. Die hergestellten, komplexen 3D-Geometrien sind leichtgewichtig und haben nur minimale Auswirkungen auf das Gesamtgewicht der Batterie.


Speziell für diese Anwendungen haben die Materialexperten von Freudenberg Sealing Technologies hitzebeständige, elektrisch isolierende Materialien entwickelt. Diese Materialien wurden intern getestet und können Temperaturen von bis zu 1.200 °C sicher standhalten. Ihre besondere Zusammensetzung macht diese modifizierten Polymere so extrem hitzebeständig.


Sie sind auch gegen Partikelstösse beständig, wie sie beim Ableiten von Zellen auftreten. Die 3D-Thermalbarrieren nutzen Elastomerlösungen, sei es in fester Form oder als Schaumstoff, sowie Kunststoffkomponenten wie Quantix Ultra, die komplexe Geometrien ermöglichen.


Die dreidimensionalen Thermalbarrieren und die verwendeten Materialien haben umfassende Tests durchlaufen, die über die erforderlichen Standards hinausgehen. Sie haben ihre herausragende Leistung und Zuverlässigkeit in Benchtests sowie Batteriesystemtests unter Beweis gestellt. Die Produkte erfüllen höchste Qualitätsstandards, sind gemäss UL 94 V-0 zertifiziert und werden bereits erfolgreich in der Serienproduktion für die Automobilindustrie eingesetzt.

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