Batterien für eine grünere Zukunft

Forschung An der Hochschule Aalen wird an einer längeren Haltbarkeit von Batterien für Elektroautos gearbeitet. Denn noch belastet diese die Umweltbilanz der Strom-Fahrzeuge erheblich.
  • Prof. Dr. Achim Frick (l.) und Marcel Spadaro forschen an Möglichkeiten, die Lebensdauer von Batterien zu verlängern. Foto: Hochschule Aalen / Gaby Keil

Aalen.

Damit Elektroautos wirklich umweltfreundlicher sind als herkömmliche Benzinoder Diesel-Fahrzeuge, muss die Batterie für eine positive Ökobilanz mindestens 100 000 Kilometer lang halten. Das geht aber nur, wenn das Batteriegehäuse und die Poldurchführungen der Batterien sicher abgedichtet sind und beispielsweise keine Luftfeuchtigkeit oder Sauerstoff aus der Atmosphäre in die Batteriezelle eindringen können oder gar die Batteriezellen auslaufen. Prof. Dr. Achim Frick von der Hochschule Aalen arbeitet an der Herstellung dichter Metall-Kunststoffverbunde und hat mit seinem Team einen Prototyp einer entsprechenden Poldurchführung entwickelt.

„Wir forschen an einer wichtigen Fragestellung für die Produktion von langlebigen Batteriezellen und geeigneten, kunststofftechnischen Lösungen“, erklärt Frick, Leiter des Institute of Polymer Science and Processing (iPSP) an der Hochschule Aalen. Mit renommierten Kooperationspartnern wie den Firmen Gindele GmbH und Dr. Wiesner Steuerungstechnik GmbH forscht er im Verbundprojekt „InDiQuant“ an der Realisierung mediendichter Kontaktdurchführungen, um unter anderem auch die Dichtheit von Batteriezellen zu verbessern.

Wie wichtig die Forschungen sind ist, zeigt ein Blick auf die Ökobilanz: Die Herstellung einer Batterie für ein Elektroauto verursacht bei der Herstellung ungefähr so viele CO2- Emmissionen wie bei einem benzin- oder dieselbetriebenen Fahrzeug in 100 000 Kilometern Fahrstrecke ausgestoßen werden. Die Produktion von langlebigen Batteriezellen, die im Durchschnitt mindestens zehn Jahre technisch einwandfrei funktionieren sollen, ist eine der wichtigsten Voraussetzungen für den Erfolg der Elektromobilität. Allerdings sagt Frick: „Diese gewünschte lange Batterie-Haltbarkeit ist aktuell noch nicht sicher gegeben. Ein zentrales Puzzleteil zur Verlängerung der Lebensdauer der Batteriezelle ist ihre Dichtheit. Wir arbeiten an geeigneten Lösungen“, so der Professor. Um zu verhindern, dass weder aggressiver Elektrolyt aus der Zelle entweicht noch Sauerstoff oder Feuchtigkeit von außen hineingelangen, müssen die elektrisch leitenden, metallischen Pole der Batterie – die Kontaktdurchführungen – sowohl elektrisch isoliert als auch langzeitsicher abgedichtet werden. Das ist nur möglich, wenn die Grenzfläche zwischen dem Metall und dem elektrischen Isolator Kunststoff an der Stelle mediendicht ist, wo der metallische Leiter den Kunststoff durchdringt. „Nur so kann das Innere der Batteriezelle ausreichend geschützt und Funktionsstörungen oder sogar ein Ausfall vermieden werden“, erklärt Marcel Spadaro, wissenschaftlicher Mitarbeiter.

Die Stellen, wo das Metall des elektrischen Leiters und der ihn umgebende Kunststoff aneinandergrenzen, sind der Knackpunkt in Bezug auf die Dichtheit der Batterie. Denn hier treffen zwei Werkstoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften aufeinander. Je dichter die Kontaktstellen der beiden unterschiedlichen Materialien sind, desto länger ist die Lebensdauer der Batterie.

Wir arbeiten an geeigneten Lösungen.

Prof. Dr. Achim Frick
Hochschule Aalen

„Bis heute besteht keine umfassende Kenntnis darüber, wie sich eine ausreichend mediendichte Kontaktführung herstellen lässt, um zum Beispiel Batteriezellen langzeitfunktionssicher abzudichten“, erklären Frick und Spadaro die Problematik. Weder sind geeignete Materialkombinationen für die Herstellung noch optimale Fertigungsbedingungen zum Erreichen eines mediendichten Verbundes ausreichend erforscht.

Projekt sucht die beste Materialkombination

Ziel der Forschungsgruppe ist es daher, die Einflussfaktoren auf die Mediendichtheit einer Kontaktdurchführung aus einem Metall-Kunststoffverbund zu ergründen und schließlich ein Messverfahren zu entwickeln, das bereits während der Fertigung die Mediendichtheit prüft.

Die Wissenschaftler haben dazu einen realitätsnahen Demonstrator entwickelt. Dieser erlaubt die Herstellung gezielter Materialkombinationen aus Metall und Kunststoff im Spritzgießverfahren unter definierten Prozessbedingungen sowie die anschließende Untersuchung der Haftfestigkeit des metallischen Leiters im Kunststoff und der Mediendichtheit der Grenzflächen zwischen Metall und Kunststoff. Von den Forschungsarbeiten profitieren nicht nur Batteriezellen für Elektroautos, sondern alle Arten von elektrischen Kontaktdurchführungen zur Daten- und Energieübertragung, die z.B. auch in Herzschrittmachern, Steckverbindungen oder Sensorkabeln verwendet werden.

© Wirtschaft Regional 08.01.2020 15:38
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