Batteriespeicher: Batterieherstellung klimafreundlicher machen
Fraunhofer Forscher wollen bei der Herstellung von Batteriegehäusen CO2 reduzieren. Zudem sollen Reichweite und Ladeleistung optimiert werden –um Elektroautos attraktiver zu machen, aber auch für den Einsatz von Großbatterien in weiteren Branchen.
20.10.2021 – Batteriesysteme sind die zentrale Komponente von Elektroautos. Wie umweltfreundlich E-Mobilität eigentlich ist, darüber wird kontrovers debattiert. Zur Herstellung von Batterien werden kritische Rohstoffe wie seltene Erden benötigt, deren Vorkommen begrenzt und deren Abbau nicht gerade umweltfreundlich ist. Die Herstellung von Batterien hat einen hohen Wasserverbrauch und auch jede Menge CO2 fällt an. Die Wissenschaft sucht daher nach optimierten Lösungen.
Partner aus Forschung und Industrie zeigen aktuell im Projekt CoolBat, wie innovative Konstruktionsprinzipien, Materialien und Produktionsverfahren dazu beitragen, Gehäuse für Batteriesysteme klimafreundlich herzustellen und zugleich bessere Gebrauchseigenschaften zu integrieren.
„In aktuellen Batteriegehäusen steckt noch viel Optimierungspotenzial für funktionsintegrierten Leichtbau und Ressourceneffizienz“, sagt Rico Schmerler, wissenschaftlicher Mitarbeiter des Fraunhofer IWU am Fraunhofer-Projektzentrum Wolfsburg und Koordinator von CoolBat. „Deshalb nutzen wir diese Baugruppe, um für Gehäuse der nächsten Generation CO2-einsparende Lösungen zu entwickeln und zu erproben.
Die Batteriegehäuse werden in Zukunft leichter und mit einer Einsparung 1von 5 Prozent CO2 pro Gehäuse hergestellt – und das bei höherer Leistung des Batteriesystems, schnellerem Laden sowie mehr Reichweite, berichtet das Forscherteam. Denn Reichweite und Ladeleistung entscheiden ihrer Erfahrung nach wesentlich über die Akzeptanz der Elektromobilität.
„Jeder Entwicklungsschritt im Projekt wird unter dem Aspekt der CO2-Einsparung und CO2-Bindung betrachtet und bewertet. Das beginnt bei der Konstruktion, setzt sich fort mit der CO2-reduzierten Material-, Technologie- und Fertigungsauswahl und führt bis hin zur nachhaltigen Produktperformance über den gesamten Lebenszyklus“, erläutert Schmerle das Vorgehen.
Zudem soll die Herstellung der Batteriegehäuse im Vergleich zu bisher angewandten Verfahren deutlich effizienter werden. Elemente eines Batteriesystems für E-Autos wären eben nicht nur das Batteriemodul selbst mit seinen Zellen, sondern ebenso das Gehäuse mit Strukturen zur Lastverteilung und Temperaturregulierung, Rahmen, Deckeln sowie Bodenplatten, die in ihrer Gesamtheit vor Überhitzung schützen müssen und bei Unfällen Beschädigungen des Batteriekerns abwenden sollen.
Ziel des Forscherteams: mehr Funktionen auf kleinerem Bauraum bei weniger Schnittstellen. Dafür würden Einzelsysteme zu funktionsintegrierten Strukturen kombiniert, die thermische und mechanische Aufgaben in sich vereinten. Beispielsweise erhielten Tragstrukturen direkt eingegossene sog. Temperierkanäle, und in Bodenplatten werde die Funktion der Kühleinheit mit der des Crash-Schutzes verbunden. Das erreichen die Forscher mittels Aluminiumschaum. Das leichte Material absorbiere bei Unfällen viel Aufprallenergie. In Kombination mit sog. Phasenwechselmaterial (PCM) senke es zudem den Energieaufwand zur Kühlung der Batterie. PCM ist auch in der Bauindustrie bekannt, wo es als schlankes und hochwirksames Dämmmaterial eingesetzt werden kann.
Im Forschungsprojekt werden zudem neue Wärmeleitwerkstoffe entwickelt und erprobt. Sie ersetzen bisher aufwendig hergestellte, ökologisch hoch belastende und kostenintensive Wärmeleitpasten. Die Werkstoffentwicklung im Projekt umfasse auch neue Materialien für einen nachhaltigen Brandschutz.
Die Wissenschaftler haben nicht nur E-Autos im Blick. Ziel sei es, die Forschungsergebnisse später auf weitere Anwendungen und Branchen zu übertragen, in denen große Batterien genutzt werden. na
