Düsseldorf, 19. Mai 2023 – Envalior wird auf der Battery Show Europe 2023 in Stuttgart, Europas größter Fachmesse für Spitzentechnologien und Produktionsprozesse für Batterien für Elektro- und Hybridfahrzeuge, mit einem eigenen Stand vertreten sein. "Neue Mobilitätsformen wie Elektrofahrzeuge zählen wir zu den Top-Wachstumsfeldern für unser vielseitiges Angebot an Strukturwerkstoffen aus Thermoplasten", sagt Julian Haspel, Leiter des Teams e-Antrieb in der Anwendungsentwicklung bei Envalior. "Eines der Highlights unseres Messeauftritts wird ein neuer endlosfaserverstärkter Verbundwerkstoff in der Tepex-Reihe sein, der auf Batteriegehäuse abzielt. Es ist so konzipiert, dass es den extremen Belastungen standhält, denen Batteriegehäuse ausgesetzt sind, wenn Batteriezellen Feuer fangen, wie sie in typischen Tests simuliert werden." Envalior stellt zudem eine Studie vor, die zeigt, dass auch große Batteriegehäuse kostengünstig spritzgegossen werden können, zum Teil mit Hilfe von großen Rohlingen aus Tepex Composites. "Damit steht neben dem Formpressen ein weiteres Verfahren zur Verfügung, um diese hochkomplexen und stark Spannungen ausgesetzten Sicherheitsbauteile mit Thermoplasten herzustellen", ergänzt Haspel.
Thermische Runaway-Tests bestanden mit einer Dicke des Prüflings von weniger als drei Millimetern
Bei Fahrzeugbatteriezellen besteht die Gefahr von exothermen Reaktionen, die zu Bränden führen, z. B. aufgrund von Elektrik Fehlfunktionen oder Mechanisch Schäden. Dabei kann es sich um Temperaturen von weit über 1.000 °C sowie um sehr hohe Drücke durch austretende Gase und Flammen handeln, die in bestimmte Richtungen mit glühenden Partikeln aus Komponenten wie der Zellkathode und der Anode austreten. Dies wird als thermischer Runaway-Prozess bezeichnet und muss so effektiv wie möglich eingedämmt werden. Daher ist es wichtig, dass die in Batteriegehäusen verwendeten Materialien diesen außergewöhnlichen Bedingungen standhalten, um ein Feuer des gesamten Fahrzeugs zu verhindern oder zumindest den Insassen genügend Zeit zu geben, sich in Sicherheit zu bringen. "Unser neues Composite-Material besteht die derzeit marktüblichen harten Thermisch Runaway-Tests, die genau solche extremen Belastungen simulieren, und das an Prüfkörpern mit einer Dicke von weniger als drei Millimetern. Das macht es zu einer leichten Alternative zu Materialien wie Stahl und Aluminium bei der Herstellung von Batteriegehäusen", erklärt Dr. Stefan Seidel, Leiter Forschung und Entwicklung bei Tepex. Die herausragende Elastizität des Verbundwerkstoffs, der sich dem Ende der Entwicklung nähert, beruht vor allem auf dem Endlosfasergewebe, mit dem seine Matrix verstärkt wird. Ein weiterer Punkt, der für den Verbundwerkstoff spricht, ist, dass seine Thermoplast Matrix das Recycling erleichtert. Es eignet sich daher für den Aufbau nachhaltiger Material Cycles. Auf der Battery Show Europe plant Envalior, ein Video zu zeigen, das einen thermischen Runaway-Test an einer Tepex-Probe zeigt.
Tepex senkt den Einspritzdruck um rund zwei Drittel
Das Spritzgießen von großen Batteriegehäusen für Elektrofahrzeuge ist technisch anspruchsvoll und wurde bisher kaum umfassend analysiert und getestet. Denn es werden sehr große Spritzgießmaschinen mit hohen Schließkräften benötigt. Letztere sind eine Folge der weitläufigen Bauteilgeometrien und der hohen Einspritzdrücke. Außerdem sind größere Wandstärken erforderlich, damit die großen Werkzeuge vollständig mit geschmolzenem Kunststoff gefüllt werden können. Das erfordert viel Material. Wenn beispielsweise Polyamid 6 verwendet wird, bedeutet dies eine Plastifizierung von 40 Kilogramm Material, wenn nicht mehr. Als Reaktion auf die Kundennachfrage hat Envalior ein weiteres neues System für das Spritzgießen solcher Gehäuse entwickelt, das diese Hindernisse überwindet. Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie wurden Bauteile mit einer Größe von 220×160 Zentimetern getestet. Das Konzept sieht vor, dass große Tepex Abschnitte in das Werkzeug eingesetzt und umspritzt werden, um als Basis für die Gehäuse verwendet zu werden, die normalerweise sehr flach sind. "Unsere Simulationen zeigen, dass sich dadurch der Einspritzdruck im Vergleich zu einem reinen Spritzgussteil um rund zwei Drittel senken lässt. Das wiederum ermöglicht es, kleinere und kostengünstigere Spritzgießmaschinen mit deutlich geringeren Schließkräften einzusetzen. Gleichzeitig lassen sich die Wandstärken im Bodenbereich deutlich reduzieren – auch dank der hervorragenden mechanischen Leistungsfähigkeit von Tepex. Alles in allen Ergebnissen führt dieser Ansatz zu außergewöhnlich wettbewerbsfähigen Herstellungskosten für Batteriegehäuse", erklärt Haspel.
Beständig gegen dielektrische Kühlmittel und Wasser-Glykol-Kühlmittelgemische
Der Stand von Envalior wird auch das Thermomanagement in Batterien für Elektrofahrzeuge hervorheben. Dies ist nicht nur für die Leistung und Reichweite des Fahrzeugs unerlässlich, sondern auch für das schnelle Laden der Batterie. Envalior präsentiert die Ergebnisse von Langzeittests zur Stabilität ausgewählter Thermoplaste für Batteriekomponenten in weit verbreiteten dielektrischen Kühlung. Oft werden ganze Batteriegehäuse zur direkten Kühlung in diese elektrisch nicht leitenden und schwer entflammbaren Flüssigkeiten getaucht. Dies wird als Kühlung bezeichnet. "Die Tests haben gezeigt, dass die Compounds Polyamid 6, Polyamid 66 und PBT auch nach mehr als 1.500 Stunden Lagerung ihre mechanischen Eigenschaften nicht verändern, nicht aufquellen wie viele Polyolefine und auch nicht ihre flammhemmenden Eigenschaften verlieren. Daher ist es kein Problem, sie in dielektrischen Flüssigkeiten einzusetzen", sagt Haspel.
Wasser-Glykol-Gemische werden auch in den Kühlung von Elektrofahrzeugen eingesetzt. Anstelle von Polyamid 66 können die zugehörigen Kühlung aus wesentlich kostengünstigeren Polyamid 6-Compounds hergestellt werden. Denn obwohl sie nicht hydrolytisch stabilisiert sind, bieten sie in der Regel eine vollkommen ausreichende Haltbarkeit, da die Wasser-Glykol-Gemische nicht so hohe Temperaturen erreichen wie in Verbrennungsmotoren. Das zeigt die Ergebnisse von Langzeit-Stabilität-Tests sowohl an Bauteilen als auch an Prüflingen, die ursprünglich für Anwendungen in den Kühlung Systemen von Verbrennungsmotoren durchgeführt wurden. Envalior führt derzeit Tests bei 80°C und 100°C durch, bei denen die Lagerzeit von den üblichen 1.000 und 1.500 Stunden verlängert wurde; bzw. auf 10.000 Stunden. "Wir sehen bereits, dass die Polyamid 6-Compounds unter diesen Bedingungen keine Verschlechterung ihrer Eigenschaften erleiden. Die ersten Ergebnisse werden wir auf der Battery Show Europe vorstellen", sagt Haspel.
Envalior ist ein neues Unternehmen, das aus dem Zusammenschluss der beiden führenden Branchen DSM Engineering Materials (DEM) und LANXESS High Performance Materials (HPM) hervorgegangen ist. Sie ist einer der weltweit führenden Hersteller von Engineering Materials. Es gehört dem Private-Equity-Investor Advent International und dem Spezialchemie-Unternehmen LANXESS.
Die Battery Show Europe findet vom 23. bis 25. Mai 2023 auf dem Messegelände in Stuttgart statt. Envalior wird am Stand F70 in Halle 10 zu finden sein.
Foto: Envalior, © 2021
Im thermischen Runaway-Test an Proben mit einer Dicke von weniger als drei Millimetern hält der neue Verbundwerkstoff aus der Tepex-Reihe Temperaturen von weit über 1.000 °C, sehr hohen Gasdrücken und richtungsweisenden Flammen sowie glühenden Partikeln stand.
Genauere Informationen über Innovationen von Envalior für den Einsatz im Bereich New Mobility finden Sie unter https://envalior.com/products-services/.
