Freudenberg Sealing Technologies erweitert seine Testkapazitäten für Lithium-Ionen-Batterien mit der Installation einer hochentwickelten Isolations- und Containment-Kammer in seinem Zentrallabor im US-amerikanischen Plymouth. Die Kammer ermöglicht die sichere Durchführung von Expositionstests an Materialien, die mit aggressiven Lithium-Elektrolytlösungen in Kontakt kommen. Die Freudenberg-Chemiker Roger Natividad (li.) und Michael Saruna richten die Geräte in der Kammer ein.

Freudenberg Sealing Technologies erweitert seine Testkapazitäten für Lithium-Ionen-Batterien mit der Installation einer hochentwickelten Isolations- und Containment-Kammer in seinem Zentrallabor im US-amerikanischen Plymouth. Die Freudenberg-Chemiker Roger Natividad (li.) und Michael Saruna richten die Geräte in der Kammer ein. (Bild: Freudenberg Sealing Technologies)

Freudenberg Sealing Technologies hat seine Testkapazitäten für Werkstoffe erweitert. Das Unternehmen bietet nun auch Leistungs- und Kompatibilitätsbewertungen von Elastomeren und Thermoplasten an, die bei der Abdichtung von und dem sicheren Umgang mit Lithium-Ionen-Batterien eine wichtige Rolle spielen. Hierzu wurden im Zentrallabor in Plymouth (Michigan, USA), Geräte installiert und neue Testprotokolle eingeführt. Sie liefern Daten darüber, welche Werkstoffe bei dauerhafter Einwirkung von aggressiven elektrolytischen Lösungen am widerstandsfähigsten sind. Solche Informationen waren laut Pressemeldung bislang in Unternehmen aus Sicherheits- und Kostengründen nicht verfügbar.

FST will „Designsicherheit auf Basis wissenschaftlicher Daten bieten“

Das Herzstück der Investition in sechsstelliger Höhe ist eine speziell entwickelte Isolier- und Sicherheitsbehälterkammer (IsoC). Aufgrund dieser Kammer lassen sich Belastungstests mit den sehr aggressiven Lithium-Elektrolytlösungen, die in Lithium-Ionen-Batteriezellen enthalten sind, sicher durchführen. Die Substanzen sind im Kontakt mit Sauerstoff und Luftfeuchtigkeit flüchtig, giftig und leicht entflammbar. Das zwei Kammern umfassende Glas-Stahl-Gehäuse mit einer Grundfläche von sechs mal drei Metern bietet die Möglichkeit, in einer kontrollierten, inerten und feuchtigkeitsfreien Umgebung mit ihnen zu arbeiten.

Darüber hinaus hat Freudenberg Sealing Technologies ein Telemetrie-Kontrollsystem implementiert, das die Fernüberwachung der aktiven Arbeit in der IsoC ermöglicht. Hinzu kommen Schutzausrüstung von Kopf bis Fuß und spezielle Atemschutzmasken für die Mitarbeitenden, nicht-reaktive Tauchgefäße auf Nickelbasis, ein Sicherheitsüberwachungs- und Alarmsystem sowie Elektrolytlösungen.

„Wir können unseren Kunden jetzt Designsicherheit auf Basis wissenschaftlicher Daten bieten“, erläutert Francis Joseph Walker, Director Research & Development bei Freudenberg Sealing Technologies in Nord-Amerika. „Wir haben diesen Schritt für unsere Kunden und als Reaktion auf den wachsenden Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien in verschiedenen Anwendungen getan. Bisher ging es in Tests in der Regel um den Einfluss von Materialien auf die Elektrolyten. Mit dem neuen Equipment konzentrieren wir uns jetzt auch auf den Einfluss der Elektrolyte auf die Materialien.“

Warum Freudenberg Sealing Technologies Material für Lithium-Ionen-Batterien testet

Analysten prognostizieren, dass der Markt für Lithium-Ionen-Batterien in den nächsten fünf Jahren ein zweistelliges Wachstum verzeichnen wird. Grund dafür ist der zunehmende Einsatz von Batterien in Branchen wie Automobil, Bauwirtschaft, Bergbau, Nutzfahrzeuge, Wohnmobile, Schiffe, Züge und Elektronik. Entwickler sind daher ständig bemüht, diese nachhaltigen Energiespeicher noch leistungsfähiger und robuster zu machen sowie die Auflade-Zyklen zu verkürzen. Da Elektrolytlösungen einen direkten Einfluss auf diese Leistungsthemen haben, werden ständig neue und verbesserte Lösungen auf den Markt gebracht. Sie können zu einem schnelleren Austausch der Lithium-Ionen zwischen der Anoden- und der Kathodenseite einer Batteriezelle führen, was sich letztlich positiv auf die Entlade- und Aufladeraten auswirkt. Allerdings sind damit auch Dichtungen, Dichtringe und andere Batteriekomponenten permanent einem Mix aus reaktiven, entflammbaren, ätzenden und gefährlichen Chemikalien ausgesetzt.

Freudenberg Sealing Technologies führt bereits seit Jahrzehnten physikalische und analytische Materialtests durch, um die Leistungsfähigkeit und Verträglichkeit von Werkstoffen zu dokumentieren, die unterschiedlichen Flüssigkeiten, Materialien und Belastungsbedingungen ausgesetzt sind. Die Datenbank, die das Unternehmen aus diesen Ergebnissen zusammengestellt hat, liefert die erforderlichen Spezifikationsrichtlinien und Materialbenchmarks für seine Komponenten. Für den erfolgreichen Test von Lithium-Ionen-Materialien sind jedoch gewissen Voraussetzungen gefordert. Diese stehen jetzt mit der neuen Ausrüstung und Testmethodik im Zentrallabor ebenfalls zur Verfügung.

Wie die Belastungstests innerhalb der IsoC ablaufen

„Sämtliche Belastungstests müssen innerhalb der IsoC in einer sauerstoff- und feuchtigkeitsfreien Umgebung durchgeführt werden“, erläutert Michael Saruna, der als Chemiker im Zentrallabor von Freudenberg Sealing Technologies in Plymouth für die Materialtests in elektrolytischen Lösungen verantwortlich ist. „Elektrolytlösungen, die der Luft ausgesetzt sind, können sehr gefährlich werden. Daher mussten wir bei der Konzeption der IsoC besonders auf die Sicherheit und die Bereitstellung einer kontrollierten Umgebung achten.“

Dies ist jetzt durch zwei getrennte Kammern in der IsoC gegeben. In der ersten werden zunächst Sauerstoff und Feuchtigkeit entzogen. Erst dann werden die Proben für den Belastungstest in die zweite, größere Kammer gebracht. Dort werden sie für mindestens 1000 Stunden in eine Elektrolytlösung getaucht und anschließend dekontaminiert. So wird sichergestellt, dass die Proben wieder sicher entnommen werden können. Zuletzt durchlaufen sie noch die physikalischen und analytischen Standardtestverfahren von Freudenberg.

Für die Tauchtests kommen bei Freudenberg zwei Elektrolytlösungen zum Einsatz – eine, die üblicherweise in Lithium-Ionen-Batteriezellen verwendet wird, sowie eine speziell hergestellte Kontrolllösung. Das Unternehmen will hier komplette Materialfamilien testen. Zunächst sollen die eigenen, proprietären Materialien und anschließend die im Handel erhältlichen, in Batterien üblichen Materialien getestet werden.

(ml)

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