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Die Zukunft der E-Mobilität ist feuerfest
Wenn die Batterien von E-Autos überhitzen, wird es brandgefährlich. Damit es erst gar nicht dazu kommt, entwickelt Freudenberg Sealing Technologies feuerfeste Werkstoffe. Und trägt damit zur Sicherheit von Elektrofahrzeugen bei.
Immer mehr Menschen setzen auf E-Autos. Im Jahr 2021 haben sich weltweit allein 6,5 Millionen Autos mit Elektro- und Hybridantrieben verkauft. Mit einem Marktanteil von rund zehn Prozent liegen E-Autos damit zwar noch weit hinter der benzin- und dieselbetriebenen Konkurrenz. Die Wachstumskurve verläuft jedoch steil nach oben. Immerhin hat sich der Anteil am Automobilmarkt binnen eines Jahres verdoppelt. Und auch in Zukunft wird erwartet, dass sich die Industrie auf die Produktion von immer mehr elektrisch angetriebenen Pkw einstellen muss, wie Michael Blake, Experte für E-Mobilität bei Freudenberg Sealing Technologies in den USA, bestätigt: „Und genau darauf bereiten wir uns vor."
E-Mobilität im Wachstumsschub
China und Europa führen aktuell den Absatzmarkt an. Während in dem asiatischen Land der Kleinwagensektor boomt, sind SUVs in Europa wie auch in den USA beliebt. Letztere benötigen mehr Energie, um gewisse Reichweiten zu gewährleisten, was sich wiederum auf die Ladeinfrastruktur auswirkt. Denn die muss ausreichend ausgebaut sein, um Autofahrern das Aufladen ihrer Fahrzeuge zu garantieren. Darüber hinaus ist eine höhere Leistungsfähigkeit der Batterien selbst gefragt: Hersteller versuchen möglichst viele Batteriezellen in ein Gehäuse zu packen. Das birgt allerdings ein schwerwiegendes Risiko. „Es ist als würde man mit Feuerwerkskörpern hantieren“, sagt Blake und meint damit den sogenannten „Thermal Runaway“ oder zu Deutsch: das thermische Durchgehen. Es handelt sich dabei um das Worst-Case-Szenario, in das ein E-Auto geraten kann: den Batteriebrand. Dieser kann entstehen, wenn die Batterie, sei es durch einen Autounfall oder einen Fehler im System, geschädigt wird und es infolgedessen zu einem Kurzschluss kommt. Die betroffene Batteriezellen heizen sich dann stark auf und es folgt eine gefährliche Kettenreaktion, die von Batteriezelle zu Batteriezelle überspringt. Unter großer Hitze und Druck gehen die Zellen nacheinander in Flammen auf. „Es ist ein Ereignis mit hoher Zerstörungskraft“, so Blake.
Bedeutet mehr Energie auch höheres Risiko?
Statistisch gesehen gehen Elektroautos nicht häufiger in Flammen auf als Fahrzeuge mit konventionellen Antrieben. Es ist jedoch die hohe Intensität, die Batteriebrände so gefährlich macht – und der damit verbundene Löschvorgang. Während das Innenleben eines Autos nach und nach abbrennt, läuft das thermische Durchgehen in den Batterien meist mit Zeitverzögerung ab. Ein Batteriebrand kann so sehr lange dauern und auch nach etlichen Stunden erneut aufflammen. Verunglückte E-Autos werden daher zunächst auf sichere Quarantäneplätze gebracht und dort mit sehr großen Wassermengen konstant heruntergekühlt. Eine andere Taktik ist es, die Fahrzeuge vollständig in ein Wasserbecken zu tauchen. Ein sehr aufwändiger Prozess, der bedingt, dass Feuerwehren mit Spezialausrüstung anrücken.
Unsere Produkte sind teilweise nur einen Millimeter dick und halten Temperaturen von bis zu 1.200 Grad Celsius für fünfzehn Minuten stand.
Michael Blake, Application Engineer für das Vertriebsteam Automotive E-Mobility
Hitzeschutz verhindert gefährliche Kurzschlüsse in der Batterie
Um die Sicherheit von E-Autos bestmöglich zu gewährleisten, musste das Risiko für Batteriebrände minimiert werden. „Es war Zeit für ein neues Sicherheitsniveau“, beschreibt Blake genau den Punkt, an dem Freudenberg Sealing Technologies schon vor einiger Zeit ansetzte: nämlich mit innovativen Produkten und Materialien den Hitzeschutz in elektrisch betriebenen Fahrzeugen zu optimieren. Das Portfolio umfasst heute mehrere Produktlinien, die dafür sorgen, dass es gar nicht erst zu einem Thermal Runaway kommt – oder ihn derart verlangsamen, dass Passagiere Zeit haben, das Auto zu verlassen. „Unsere Produkte sind teilweise nur einen Millimeter dick und halten Temperaturen von bis zu 1.200 Grad Celsius für fünfzehn Minuten stand“, sagt Blake. Ein Beispiel sind etwa Zellteiler, die eine Hitzebarriere zwischen den Batteriezellen darstellen und so verhindern, dass sich ein Kurzschluss ausbreiten kann. Ähnlich funktionieren feuerfeste Verkleidungen für Kühlschläuche oder Kunststoffplatten in verschiedenen Stärken, die Hitze und Druck möglichst an Ort und Stelle halten. Zudem formt Freudenberg Sealing Technologies einige Elastomere gemäß individueller Anforderungen, etwa für besonders enge Bauräume oder den Leichtbau. „Letztendlich sind die Lösungen allesamt maßgeschneidert“, erklärt Blake. Deshalb entstehen sämtliche Produkte bislang auch in enger Abstimmung mit den Unternehmen, die diese benötigen.
Feuerresistente Werkstoffe
Hitzebeständige Anwendungen bestehen aus speziellen Kunststoffen oder Silikonen, die teilweise mit feuerfesten Gewebeschichten verstärkt sind. Freudenberg Sealing Technologies hat außerdem Materialmischungen entwickelt, die nach dem Spritzgießen und Aushärten nicht mehr schmelzen. Diese sogenannten Polyketone (Abkürzung: PK oder POK) sind sogar patentrechtlich geschützt.
Geballte Freudenberg-Expertise aus der Luftfahrt kommt E-Mobilität zugute
Mit Produkten aus feuerresistenten Materialien befassen sich Michael Blake und sein Team seit etwa vier Jahren. Damals kamen Kunden auf Blake zu und fragten nach Lösungen, um das thermische Durchgehen in den Griff zu bekommen. Der Experte für E-Mobilität wandte sich daraufhin an das Team Aerospace von Freudenberg in Tillsonburg, Kanada. Denn das kannte sich bereits mit Anwendungen aus, die großer Hitze ausgesetzt sind, und, wie diesen zu begegnen ist: Die Temperaturen in den Düsentriebwerken von startenden Flugzeugen können beispielsweise bis zu 2.000 Grad Celsius erreichen. Folglich bestehen sehr hohe Anforderungen an die Materialien für den Luftverkehr sowie für deren Kontrolle. „Unser Aerospace-Team hat jede Menge Erfahrung, immerhin entwickelt es seit vierzig Jahren Werkstoffe, die dafür sorgen, dass Flugzeuge sicher sind“, sagt Blake. So halten sogenannte Feuerdichtungen Druck und Vakuum in bestimmten Bereichen eines Flugzeugantriebs und verhindern, dass diese Schaden anrichten. Eine ganz ähnliche Funktion, wie sie Hitzeschutz-Elemente in Batterien von E-Autos erfüllen. Gemeinsam setzten sich also Blake und das Team Aerospace zusammen, um zu prüfen, welche Materialien und Technologien sich auf die E-Mobilität übertragen ließen. Da Autos in viel größeren Stückzahlen produziert werden als Flugzeuge, und sich auch einige andere Gegebenheiten stark unterscheiden, mussten Materialien und Herstellungsprozesse neu gedacht werden. Mit Erfolg. Die bei Freudenberg Sealing Technologies vorhandene Materialkompetenz und die langjährigen Erfahrungswerte aus der Luftfahrt verschafften der damals noch vergleichsweise neuen E-Auto-Sparte den entscheidenden Materialvorteil gegenüber dem Wettbewerb. „Unsere Expertise hat es uns ermöglicht, schnell mit neuen Materialien auf die Bedürfnisse unserer Kunden zu reagieren“, betont Blake. Und genau das wird auch für die Zukunft gefragt sein: Auf Trends und Veränderungen im Markt rasch mit eigenen überzeugenden Lösungen zu reagieren.
- Mehr Informationen in Englischer Sprache finden Sie hier: www.fst.com/webgl_scen/FST_emobility/index.html.
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