Im Bereich der Elektromobilität stehen die Gehäuse für Hochvoltspeichersysteme in Elektrofahrzeugen vor besonderen Herausforderungen. Diese Gehäuse müssen eine Vielzahl von Anforderungen erfüllen: Sie müssen einerseits über eine hohe Stoßfestigkeit verfügen, um im Falle eines Unfalls Energie zu absorbieren und die Zellen vor Kurzschlüssen zu schützen. Andererseits sind Eigenschaften wie Hitzebeständigkeit und Flammhemmung unerlässlich. Darüber hinaus ist eine effiziente Wärmeabfuhr wichtig, um die Funktionalität der Batterien zu gewährleisten. Zugleich müssen die empfindlichen Zellen auch bei extremen Kältebedingungen vor Unterkühlung geschützt werden. Weitere Herausforderungen stellen Umwelteinflüsse wie Steine oder Streusalz dar, die das Gehäuse schädigen könnten. Zusätzlich sollte das Gehäuse in die Fahrzeugstruktur integriert werden, um die Steifigkeit der Karosserie zu erhöhen und gleichzeitig das Gewicht gering zu halten, was die Reichweite des Fahrzeugs verbessert.
Eine vielversprechende Lösung für diese komplexen Anforderungen bietet Aluminiumschaum. Auf der Battery Show North America, die Anfang Oktober in Detroit stattfand, präsentierten Forscher des Fraunhofer Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) zusammen mit dem Automobilzulieferer AMSTED ein neuartiges Batteriegehäuse aus Aluminiumschaum-Sandwichmaterialien. Diese innovative Struktur besteht aus zwei festen Aluminiumblechen, die einen inneren Kern aus Aluminiumschaum umschließen. Diese Sandwichkonstruktion erlaubt es, bei Bedarf eine Kühlstruktur oder ein Phasenwechselmaterial (PCM) zu integrieren. PCM sind besonders vorteilhaft, da sie in der Lage sind, große Mengen an thermischer Energie zu speichern oder abzugeben, während sie ihren Aggregatszustand von fest zu flüssig ändern, ohne dabei ihre Temperatur signifikant zu verändern. Diese Eigenschaften machen sie ideal für ein effektives Thermomanagement in Lithium-Ionen-Batterien.
Der in Detroit vorgestellte Demonstrator zeigt eine Vielzahl von möglichen Anwendungen auf. Je nach den spezifischen Anforderungen können unterschiedliche Varianten des Aluminiumschaum-Sandwichs realisiert werden: von reinen AAS (Aluminium-Aluminiumschaum-Sandwiches) bis hin zu Modellen mit infiltriertem PCM oder Kühlstrukturen. Dies eröffnet neue Perspektiven für die Entwicklung von Batteriegehäusen, die nicht nur funktional sind, sondern auch den steigenden Anforderungen an Sicherheit und Effizienz gerecht werden.
Ein zentrales Augenmerk der Forscher, angeführt von Dr. Thomas Hipke und Dr. Rico Schmerler, liegt nun auf der Wirtschaftlichkeit der Produktion. Um die Kosten für die Herstellung der Aluminiumschaum-Gehäuse zu senken und gleichzeitig den ökologischen Fußabdruck zu verringern, setzen sie verstärkt auf Recyclingmaterialien. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass sie nicht nur kostengünstiger ist, sondern auch einen Beitrag zur Nachhaltigkeit leistet.
Die Entwicklung und Implementierung dieser neuen Technologie könnte erhebliche Auswirkungen auf die Industrie der Elektrofahrzeuge haben. Die Kombination aus Leichtigkeit, Stabilität und Sicherheit des Aluminiumschaum-Gehäuses positioniert diese Innovation als einen vielversprechenden Schritt in Richtung effizienter und sicherer Batterielösungen für die automobile Zukunft. Angesichts der wachsenden Nachfrage nach Elektrofahrzeugen und der Notwendigkeit, die Reichweite und Sicherheit dieser Fahrzeuge zu verbessern, spielt die Forschung in diesem Bereich eine entscheidende Rolle.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die Entwicklung von Batteriegehäusen aus Aluminiumschaum nicht nur technologische Fortschritte in der Elektromobilität darstellt, sondern auch einen wesentlichen Schritt in Richtung einer nachhaltigeren und effizienteren Automobilindustrie. Die Kombination aus innovativen Materialien und wirtschaftlichen Fertigungsprozessen könnte die Zukunft der Elektromobilität entscheidend prägen.
