Batterieforschung: eingebautes „Alarmsystem“ reduziert Brandgefahr
Die Sicherheit von Batteriesystemen in der Elektromobilität ist aufgrund der hohen Zahl von Unfällen, die durch Batteriefehlfunktionen verursacht werden, zu einem immer wichtigeren Schwerpunkt der laufenden Forschung geworden. Ereignisse wie Überladung, mechanische Beschädigungen, Kurzschlüsse oder externe Erwärmung können schließlich zu unkontrollierbaren Erwärmungen in den Batteriezellen führen, die wiederum Brände oder im schlimmsten Fall Explosionen in Elektrofahrzeugen verursachen können.
Während aktuelle Studien auf präventive Sicherheitstechniken wie feuerfeste Materialien und Kühlvorrichtungen abzielen, verfolgt das PCCL einen ergänzenden Ansatz mit einer thermoreaktiven Polymerbeschichtung, die bei definierten Temperaturen ein Prüfgas freisetzt, um kritische Temperaturen in Batterien frühzeitig zu erkennen.
Entwicklung der thermoreagierenden Beschichtung
Es wurde eine Beschichtung auf Polyurethanbasis entwickelt, die ein Tracergas* enthält. Unter definierten Bedingungen werden diese nachweisbaren Gasmoleküle freigesetzt, wodurch sich dieses Material für Sicherheitsanwendungen eignet. Um das Gasfreisetzungsverhalten zu untersuchen, wurden verschiedene thermische Charakterisierungstests durchgeführt. Diese zeigten einen Gewichtsverlust durch Gasfreisetzung bei Temperaturen von 80°C bis 180°C. Die wurde durch zusätzliche Techniken zur Analyse des Spurengases bestätigt. Ein Testaufbau, der einer realen Anwendung ähnelt, stellte sicher, dass das Tracergas von den Metalloxidsensoren (MOx) erkannt werden kann. Die Testergebnisse bestätigten die vorherigen Erkenntnisse. Zur Minimierung der Umweltbelastung wurde die Wiederverwendbarkeit der Beschichtung geprüft: Nach der Gasfreisetzung kann das Tracergas erneut in die Beschichtung eingeführt werden, wodurch diese über mehrere Lebenszyklen als Sicherheitsmaßnahme dient. Alternativ kann die Beschichtung nach Gasfreisetzung repariert und in verschiedenen Formen wiederverwendet werden.
Wirkungen und Effekte
Die Beschichtung wurde zu einer wichtigen Komponente in vielen Batteriesystemen entwickelt und dient als effizientes Vorsorgeinstrument zur Erkennung von Überhitzungsereignissen. Durch die frühzeitige Erkennung potenzieller Probleme trägt sie dazu bei, den Benutzer vor den Risiken eines thermischen Durchgehens und explosiver Ausfälle zu schützen und sorgt so für mehr Sicherheit und Zuverlässigkeit in batteriebetriebenen Geräten. Darüber hinaus ist es recycelbar und wieder verarbeitbar, was die Nachhaltigkeit erhöht.
*Tracergas ist eine Methode, bei der ein spezielles Gas, meist Helium oder Wasserstoff, verwendet wird, um Lecks in Rohrsystemen, Dächern oder anderen Strukturen zu lokalisieren. Das Gas wird eingeleitet und tritt bei Leckstellen aus, wo es dann von Sensoren detektiert wird.