Wie herkömmliche Folien schützen Cell Eneleopes den Zellstapel, weisen aber einige technische Vorteile auf. (Bild: Freudenberg Sealing Technologies)
Bis 2030 sollen weit mehr als 100 Millionen Elektroautos auf den Straßen dieser Welt unterwegs sein. Unterdessen arbeiten fast alle Hersteller daran, die Reichweite zu erhöhen und die Ladezeiten zu verkürzen. Ein Schwerpunkt der Entwicklung liegt auf leistungsstarken Batterien. Freudenberg Sealing Technologies hat mit Cell Caps und Cell Envelopes zwei Produkte zur Serienreife gebracht, deren Einsatz zuverlässigere Zellen, längere Lebensdauer und mehr Designfreiheit verspricht.
Cell Envelopes sind aus Vließstoffen gefertigt, die den Zellstapel umhüllen und – wie herkömmliche Folien auch – den Stack bei der Montage schützen und elektrisch isolieren. Dazu kommen jedoch erhebliche technische Vorteile gegenüber den üblicherweise eingesetzten Standardfolien.
Elektrolytreservoir in der Zelle
Die faserbasierenden Cell Envelopes bilden eine ultrahomogene dreidimensionale Porenstruktur; die Fasern selbst sind durch eine Oberflächenbehandlung dauerhaft benetzbar für den Elektrolyten. Dies reduziert die Gefahr des Einschlusses von Gasblasen beim Befüllen der Zelle und trägt dazu bei, dass der Stack benetzt bleibt. Aufgrund der höheren Wärmeleitfähigkeit ermöglichen elektrolytgefüllte Vließstoffe im Vergleich zu Folien zudem ein besseres Wärmemanagement in der Zelle.
Hinzu kommt, dass die benetzbare Porenstruktur des Envelopes – ähnlich wie bei einem Schwamm – ein zusätzliches Elektrolytreservoir in der Zelle darstellt. Bei Kompression wird der Elektrolyt wieder freigesetzt. Dies passiert vor allem während der Alterung der Batteriezelle – also genau dann, wenn zusätzlicher Elektrolyt nötig ist.
Als Kompressionselement können Envelopes aus dickeren Vließtofflagen die Verdickung des Zellstacks innerhalb der Zelle teilweise kompensieren. Dadurch lassen sich die Kompressionselemente zwischen den Zellen schmaler gestalten. Zudem verteilt sich die Kraft innerhalb der Zelle gleichmäßiger auf den Zellstapel, was Dendritenbildung und Lithium-Plating reduzieren kann.
Bei Bedarf entwickelt Freudenberg gemeinsam mit den Zellherstellern Cell Caps nach Kundendesign, die alle erforderlichen Funktionen integrieren, einschließlich der Berstscheiben, die im Falle eines thermischen Durchgehens der Zelle austretende Gase ableiten.
Cell Caps verlängern Batterieleben
Cell Caps, die mit den inneren Elektroden verschweißt werden, versiegeln und isolieren die Batteriezellen. Die Cell Caps von Freudenberg sind auf absolute Gasdichtigkeit getestet und behalten diese Fähigkeit über die gesamte Lebensdauer der Batterie. Das minimiert das Risiko von Gaslecks. Die Kompatibilität mit verschiedenen Elektrolyten, eventuell von außen anstehenden Kühlflüssigkeiten und Gasen ermöglicht eine nahtlose Integration in unterschiedliche Systeme von Elektrofahrzeugen. Alle verwendeten Materialien sind elektrochemisch erprobt.