Die neuen „3D Thermal Barriers“ sind für den Einsatz an verschiedenen Positionen innerhalb der Batterie einsetzbar und haben sich bereits in ersten Serienproduktionen bewährt (Bild: Freudenberg Sealing Technologies)
23.08.2023 3D Thermal Barriers
Um die Gefahr des thermischen Durchgehens bei Batterien zu verhindern, hat Freudenberg Sealing Technologies Thermal Barriers entwickelt, die dazu beitragen, den thermischen Ausbreitungswiderstand und damit den „Thermal Runaway“ zu verlangsamen.
Das thermische Durchgehen, also das Entzünden oder Explodieren einer Batteriezelle aufgrund eines sich selbst verstärkenden Aufheizungsprozesses, ist ein Sicherheitsproblem. Auslöser sind verschiedene interne oder externe Faktoren wie Überladung, zu starke Entladung, Beschädigung oder Erhitzen der Batterie. Beim „Thermal Runaway“ werden sowohl Flammen und heiße Gase als auch elektrisch leitende Partikel freigesetzt. Diese können benachbarte Zellen zum thermischen Durchgehen bringen („Thermal Propagation“) sowie zu Kurzschlüssen im elektrischen System führen. Thermal Barriers fungieren hier als Schutzschichten, die die Ausbreitung von Wärme und Flammen in der Batterie verlangsamen oder verhindern und damit die Sicherheit deutlich erhöhen.
Über die bereits bestehenden zweidimensionalen „Thermal Barriers“ hinaus, etwa als flache Matten oder Ummantelungen, eröffnen sich mit der 3D-Variante nun völlig neue Möglichkeiten. In einer Vielzahl von Groß- und Kleinserienfertigungsverfahren lassen sich mittels Spritzguss und Extrusion kundenspezifische, dreidimensionale Geometrien etwa für Profildichtungen, Modulabtrennungen und Abdeckungen, z.B. für Busbars, Kühlleitungen oder elektronische Komponenten, herstellen. Ein weiterer Vorteil: Die gefertigten komplexen 3D-Geometrien sind leicht und wirken sich deshalb nur minimal auf das Gesamtgewicht der Batterie aus.
Für diese Anwendungen wurden hitzebeständige, elektrisch und thermisch isolierende Materialien entwickelt. In eigenen Tests wurde nachgewiesen, dass diese Temperaturen bis 1.200 °C sicher standhalten. Diese extreme Hitzebeständigkeit erhalten die compoundierten Polymere durch ihre spezielle Zusammensetzung. Diese machen sie auch gegen Partikelstöße, wie sie bei der Entlüftung von Zellen entstehen, beständig. Für die 3D Thermal Barriers kommen Elastomerlösungen, sei es in fester Form oder als Schaum, sowie Plastikkomponenten wie Quantix Ultra® zum Einsatz, mit denen sich die komplexen Formen realisieren lassen.
Die 3D Thermal Barriers und die eingesetzten Materialien haben umfangreiche Tests durchlaufen, die weit über die geforderten Standards hinausgehen. Dabei haben sie ihre Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit sowohl in Prüfstandstests als auch in Batteriesystemtests bewiesen. Die Produkte erfüllen höchste Qualitätsstandards, sind nach UL 94 V-0 zertifiziert und bereits erfolgreich in ersten Serienproduktionen der Automobilindustrie im Einsatz.
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