IsoFoamComp
Das Risiko eines Brandes ist eines der größten Nachteile, die viele Nutzer davon abhalten, Batteriespeicher und ihre Anwendungen zu verwenden. Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines neuartigen Verbundmaterials, das aus einer Aluminiumschaumkomponente und einer thermisch schaltbaren Polymer-Schicht besteht. Diese Schicht kontrolliert die Temperatur der Zellen und Module. Im Falle eines thermischen Durchgehens bildet der Verbund eine Isolationsschicht, die benachbarte Zellen schützt.
Projektpartner
- Isovolta AG, Österreich
- Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU), Deutschland
- Association Pour L´Environnement Et La Securite En Aquitaine (APESA), Frankreich
- Polymer Competence Center Leoben GmbH
Motivation und Ziele
Immer strengere Emissionsvorgaben für CO2 und Stickoxide bei Kraftfahrzeugen können nur durch den Ausbau der Elektromobilität erreicht werden. Bei batteriebetriebenen Fahrzeugen besteht die Gefahr, dass es bei einem Unfall oder Kurzschluss im Batteriepack zu Thermal Runaway und Thermal Propagation kommen kann. Im Projekt soll ein hybrides, funktionelles Kompositmaterial (IsoFoam-Composite) zur Eindämmung und Reduzierung des Thermal Runaway entwickelt werden. Ziel ist ein Durchbrennen des Moduls zu verhindern, bzw. die Zeit bis zum Durchbrennen um 50% zu verzögern. Neben dem Brandschutz sollen zusätzliche Funktionen, wie Wärmemanagement durch Phasenwechselmaterialien (Phase Change Materials, PCMs) eine elektromagnetische Abschirmung (EMI Shielding) und erhöhter Schutz vor mechanischem Impact auf die Batteriezellen erreicht werden.
Die geforderten Eigenschaften werden durch maßgeschneiderte Komponenten, bestehend aus einem funktionellen Kompositmaterial zur thermischen und elektrischen Isolation (IsoFoam-PolyMica) und funktionellen Aluminiumschaumkomponenten (IsoFoam-Al) für mechanische Eigenschaften und passives thermisches Management, realisiert werden.
Erwartete positive Auswirkungen des Projekts sind unter anderem eine potentielle Reduktion von Treibhausgasemissionen durch weitere Verbesserung und reduzierten Energiebedarf für Batteriesystemen durch passives Wärmemanagement, sowie die konsequente Umsetzung von Leichtbauweisen. Das entwickelte neuartige Verbundmaterial kann weiter zur Kompetenzführerschaft im Transportsektor in Europa sowie einem Ausbau wissenschaftlicher Exzellenz der europäischen involvierten Forschungsinstitute auf dem Gebiet der Materialentwicklung für Batterieanwendungen beitragen.
Hauptziele
- Evaluierung der Modulkomponente und Erstellung von Spezifikationen
- Entwicklung funktionaler, thermisch schaltbarer Isolierverbundstoffe, Optimierung der Schichtstruktur und Verbindungskonzepte
- Entwicklung eines Aluminium-Schaum-Verbunds und Verbindungstechnologie
- Produktion des Endprodukts im Pilotanlagenmaßstab
- Thermo-mechanische Charakterisierung der entwickelten Verbundstoffe
- Studie der Modultests und Validierung
- Lebenszyklusanalyse (LCA)
Ziele und Vorgangsweise
- Erstellung eines Batterie-Moduldeckels aus neuen Materialien, Benchmarking gegenüber produktionstauglichen Materialien. Analyse von Batterien im Falle eines Ausfalls
- Entwicklung maßgeschneiderter Polymermaterialien und Füllstoffsysteme mit intumeszenten und keramifizierenden Eigenschaften
- Kombination dieser Materialien mit schichtbasierten Mica-Blättern zur Herstellung eines IsoFoam-PolyMica-Verbunds mit schaltbarer Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der elektrischen Isolierung
- Entwicklung funktional integrierter Aluminium-Schaum-Sandwiches (IsoFoam-Al) mit hoher spezifischer Festigkeit, Steifigkeit und passiver Wärmeableitung durch integriertes PCM im Porenstruktur
- Auswahl und Entwicklung von Fügetechniken zur Integration der Materialien in ein IsoFoam-Verbundmaterial
- Thermische- und mechanische Charakterisierung der einzelnen Materialien und des endgültigen Verbundmaterials
- Sicherstellung, dass das entwickelte Verbundmaterial wirtschaftlich in großem Maßstab produzierbar ist
- Durchführung einer Lebenszyklusanalyse (LCA), um die ökologische Auswirkung zu vergleichen und den ökologischen Mehrwert gegenüber bestehenden Lösungen aufzuzeigen
„Das Projekt IsoFoamComp zielt darauf ab, die Sicherheit von Batterieanwendungen zu verbessern und die Reduktion von Treibhausgasemissionen durch die Verringerung des Energieverbrauchs für das Tempern mittels passiver Kühlung zu unterstützen. Gleichzeitig werden die industrielle Führung und die Exzellenz in der Innovation der europäischen Forschung zur Entwicklung von Batteriematerialien gestärkt.“
Fördergeber
Dieses Projekt wird im Rahmen des M-ERA.NET 3 Netzwerks (Projekt-Nr.: 10210) durchgeführt und von den folgenden Förderorganisationen finanziert: Bundesministeriums für Innovation, Mobilität und Infrastruktur (BMIMI) vertreten durch FFG – Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft (Projektnummer: FO999903370), Staatsministerium für Wissenschaft, Kultur und Tourismus (SMWK) und Région Nouvelle Aquitaine (RNAQ).
