Forscher aus China präsentieren Batteriefallschirm mit 1294 °C für mehr Sicherheit bei Elektroautos

Angesichts des verstärkten Fokus auf die Sicherheit von Elektrofahrzeugen haben Forscher der Nanjing Tech University ein Lithium-Batterie-Isolationsmaterial entwickelt, das Temperaturen von bis zu 2.372°F standhält.

Das Angesichts des verstärkten Fokus auf die Sicherheit von Elektrofahrzeugen haben Forscher der Nanjing Tech University ein Lithium-Batterie-Isolationsmaterial entwickelt, das Temperaturen von bis zu 2.372°F standhält.

Das Material basiert auf einem Silika-Aerogel-Isolationsblech, das entwickelt wurde, um den Wärmeübergang zwischen Lithium-Ionen-Zellen während thermischer Durchgehensereignisse erheblich zu begrenzen – ein kritischer Ausfallmodus, bei dem die Innentemperaturen schnell ansteigen.

In solchen Szenarien kann eine einzige

In solchen Szenarien kann eine einzige defekte Zelle innerhalb von Sekunden extreme Temperaturen erreichen, was eine Kettenreaktion auslöst, die auf benachbarte Zellen übergreift und das Brandrisiko erhöht.

Durch das Wirken als hochtemperatürliche „Brandwand“ hilft die Aerogel-Schicht, diese Ausbreitung einzudämmen und zu verlangsamen, wodurch wertvolle Zeit für die Reaktion der Bord-Sicherheitssysteme gewonnen wird.

Forscher behaupten, der Ansatz könne die Integrität von Akkupacks verbessern, ohne erhebliches Gewicht hinzuzufügen, was ihn besonders relevant macht, da Automobilhersteller höhere Energiedichten und längere Reichweiten anstreben. Material zeigt in Tests stundenlange thermische Isolation.

Testergebnisse deuten auf einen signifikanten Anstieg

Testergebnisse deuten auf einen signifikanten Anstieg der Hochtemperaturbeständigkeit für die Isolierung von Batterien der nächsten Generation hin.

In kontrollierten Versuchen hielt ein 0,09 Zoll dickes Aerogelblech, das 1.832°F für fünf Minuten ausgesetzt wurde, die gegenüberliegende Oberfläche unter 212°F, was einen starken thermischen Schutz unter extremen Bedingungen demonstriert.

Die Forscher sagen aus, dass das Material eine thermische Isolation von bis zu zwei Stunden aufrechterhalten kann, ein Zeitfenster, das bei der Eindämmung kaskadierender Batterieausfälle entscheidend sein könnte, berichtet CarNewsChina.

Frühere aerogelbasierte Batterielösungen arbeiteten typischerweise bei

Frühere aerogelbasierte Batterielösungen arbeiteten typischerweise bei etwa 572°F, weit unter dem Bereich von 1.202°F bis 1.832°F, der bei der Verbrennung von Lithium-Ionen-Zellen üblicherweise beobachtet wird.

Das neue Material erhöht die Toleranzgrenze von ungefähr 1.202°F auf 2.372°F, was besser mit realen Versagensbedingungen übereinstimmt und die Fähigkeit, einen thermischen Durchgehen zu verlangsamen oder einzudämmen, erheblich verbessert.

Im Kern der Leistung des Materials steht eine ultra-leichte, nanoporöse Struktur, die zu etwa 99 % aus Luft besteht und daher die Wärmeleitung begrenzt.

Mögliche Anwendungen

Aufbauend darauf verstärkte das Forschungsteam den thermischen Widerstand, indem es das innere Netzwerk verstärkte und die Katalysatorbedingungen während der Synthese verfeinerte, was zu einem robusteren und hitzetoleranteren Aerogel führte.

Um die typischerweise mit Aerogelen verbundene Sprödigkeit zu überwinden, wurde das Material auf mechanische Flexibilität ausgelegt und erreichte über 90 % elastische Kompression bei gleichbleibender struktureller Integrität.

Dies ist besonders wichtig in Batteriesystemen, bei denen die Zellen während der Lade- und Entladezyklen kontinuierlich expandieren und kontrahieren, was Isolationsschichten erfordert, die sich anpassen können, ohne mit der Zeit zu reißen oder zu degradieren.

Die effiziente Lösungsmittelrückgewinnung treibt die Skalierung

Die effiziente Lösungsmittelrückgewinnung treibt die Skalierung der Isolierung für Batterien der nächsten Generation voran.

Das Team ging über die Laborbeschränkungen hinaus und bekämpfte Engpässe in der Fertigung, indem es einen Prozess zur Trocknung mit überkritischem CO₂ verfeinerte, ein entscheidender Schritt bei der Herstellung von Hochleistungs-Aerogelen.

Der optimierte Ansatz verbesserte die Effizienz erheblich, insbesondere durch die Lösungsmittelrückgewinnung, bei der die Wiederverwendung von Ethanol 99,5 % überstieg. Dieses geschlossene Kreislaufsystem half, die Rohstoffkosten um mehr als die Hälfte zu senken und adressierte damit eine der größten Hürden für die großtechnische Einführung.

Mit diesen Prozessverbesserungen hat das Material

Mit diesen Prozessverbesserungen hat das Material den Übergang von der experimentellen Entwicklung zur industriellen Produktionsreife vollzogen.

Die Fähigkeit, die Isolationstechnologie konsistent in großem Maßstab herzustellen, positioniert sie als einen vielversprechenden Kandidaten für die Integration in kommerzielle Batteriesysteme, insbesondere da die Nachfrage nach sichereren Energiespeicherlösungen mit hoher Energiedichte wächst.

Das Material findet bereits Eingang in kommerzielle Batteriesysteme, wobei Unternehmen wie CATL, BYD, Sungrow und Xiaomi eine Einführung gemeldet haben.

Mögliche Anwendungen

Obwohl seine unmittelbare Relevanz in Elektrofahrzeugen liegt, eignet sich die Aerogel-Isolierung auch für Luft- und Raumfahrtanwendungen sowie für industrielle Hochtemperaturanwendungen, bei denen das Wärmemanagement entscheidend ist. Der Durchbruch erfolgt inmitten einer breiteren Welle der Batterieversorgungsinnovationen in der Branche.

Natrium-Ionen-Technologien entwickeln sich hin zu kostengünstigeren Kathodenchemien mit längerer Lebensdauer, während der Batteriearm von Great Wall Motors, Svolt, mit der Massenproduktion eines 80-kWh-Plug-in-Hybridakkus begonnen hat – einer der bisher größten Kapazitäten, die für PHEVs angekündigt wurden.