Energiespeicher

Sicherheit für nachhaltige Energie

E-Mobilität ist immer weiter auf dem Vormarsch und stellt eine wichtige Entwicklung in Richtung Energiewende und Nachhaltigkeit dar. Allerdings birgt der Einsatz von Energiespeichern auch hohe Risiken. Im Falle einer Beschädigung und/oder Entzündung entsteht eine große Gefahr für die Umwelt. Aus diesem Grund muss die Außenwelt, durch eine zuverlässige Isolierung, vor den Risiken der Energiespeicher geschützt werden.

Aufgabe

Um die flexible Nutzung von Energiespeichern zu gewährleisten, müssen diese smart und sicher verwendet und transportiert werden können. Die Batterien von E-Autos, E-Bikes und Mobilgeräten sollten zuverlässig für den Schutz der Außenwelt von negativen Einflüssen isoliert werden, um bei Beschädigung kein hohes Risiko für ihre Umwelt darzustellen.

Herausforderung

Ein großes Problem bei der Batteriesicherheit ist das teilweise unvorhersehbare Brandverhalten. Dies ist eine Folge des in Batterien enthaltenen Lithiums, welches eine hohe Reaktionsfreudigkeit besitzt und bei Beschädigung explodieren kann. Unter dem sogenannten thermischen Durchgehen (engl. Thermal Runway) von Batteriezellen versteht man den Start einer möglichen Kettenreaktion. Diese Kettenreaktion, beispielsweise ausgelöst durch den Aufprall während eines Unfalls gefolgt von einem Kurzschluss, kann extrem hohe Temperaturen von mehr als 1000 °C in einem Akku entstehen lassen. Diesen extremen Temperaturen müssen die verwendeten technischen Textilien standhalten und den Hitze-, Funken- und Feueraustritt verhindern.

Planung

Um ein technisches Textil zu schaffen, das dem thermischen Durchgehen einer Lithium-Batterie gewachsen ist, wurden die spezifischen Prozesse eines solchen Vorgangs ermitteln. Das daraus resultierende Anforderungsprofil bildete die Grundlage der Materialentwicklung.

Entwicklungsverlauf

Durch die komplexe Symbiose verschiedener Materialien und Verarbeitungstechnologien wurde ein innovatives technisches Textil geschaffen, das zusätzlich Schutz vor mechanischen Kräften bietet. Es wurde eine bisher unbekannte Silikonharz-Emulsion entwickelt, die über eine spezielle Hitzeschildfunktion verfügt. Besondere Garn- und Flächenbildungstechnologien trugen zusätzlich zur hohen Widerstandsfähigkeit des Endproduktes bei.

Das Ergebnis

Die Kombination speziell entwickelter selbstverlöschender High-Performance-Textilien und einem reflektierenden, hochtemperaturbeständigen Beschichtungssystem ermöglicht die effektive Wärmereduktion und somit die Sicherheit des Batteriezellenträgers. Dies gewährleistet den sicheren Transport von Energiespeichern.

bis

1000 °C

Temperaturspitze
bis

20 min

Produktbeständigkeit
weniger als

2 mm

dick

Zusammenfassung des Projekts

Das entwickelte Hitzeverbundsmaterial kann individuell verschiedenen Anforderungen in puncto Gewicht, Dicke und Drapierbarkeit angepasst werden. Dadurch schafft das Material, mit einer Materialstärke von unter 2 mm, die bisher in der Form nicht erreichten Anforderungen der Automobilindustrie und kann selbst innerhalb des Batteriekastens verwendet werden.
Trotz einer geringen Materialdicke konnten, durch die ausgewählte Kombination von Hochleistungsmaterialien unter anderem anspruchsvolle Plasma-Treatment-Tests und Impact-Tests am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg, die hohe Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperaturen, Druckveränderungen, Feuer und Partikelbeschuss belegt werden. Alles, um eine anwendungsorientierte Lösung für die Unterstützung eines nachhaltigen Lebensstils zu liefern.

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