Innovationstreiber für E-Mobilität Materialien, Klebstoffe und Dichtstoffe
Herausforderungen in den Bereichen Sicherheit und Lebenszykluskosten bremsen den Durchbruch von Elektroautos. Automobilhersteller benötigen deshalb zuverlässige, innovative und einsatzfähige Materiallösungen von starken Partnern. Dabei spielen thermische
Die Elektromobilität ist ein wesentlicher Innovationstreiber in der Automobilindustrie. Ihr kommerzieller Durchbruch wird aber nur gelingen, wenn die Technologie eine hohe Marktattraktivität erreichen kann. Zu den Kernkriterien für Konsumenten zählen dabei vor allem Sicherheit, Effizienz und Kosten. Automobilhersteller hingegen müssen sicherstellen, dass die Komponenten von Elektrofahrzeugen die stetig zunehmenden Sicherheitsstandards erfüllen. Dazu zählen insbesondere die Energiespeicherung, die Energieumwandlung und das elektrische Antriebssystem. Die Auswahl und Optimierung von Materialien für das Design und die Montage dieser Baugruppen muss daher die gesetzlichen Vorgaben erfüllen – und gleichzeitig Kosteneffizienz und Zuverlässigkeit gewährleisten.
Schutz vor Wärmeausbreitung
Die Sicherheitsanforderungen an Elektroautos unterscheiden sich erheblich von denen an konventionell betriebene Autos. Beim Design der so genannten Batteriepacks kommt im Wesentlichen die Lithium-IonenTechnologie zum Einsatz. Heutige Generationen bieten zahlreiche Vorteile gegenüber anderen Systemen, beispielsweise eine höhere Energiedichte und Ladeerhaltungskapazität sowie eine längere Lebensdauer. Allerdings haben Li-Ionen-Batterien auch Nachteile, insbesondere bei der Betriebstemperatur. Bei erhöhten Temperaturen von über 80°C werden die Zellen aus Mangel an elektrolytischen Verbindungen explosiv. Dieses Phänomen wird als “Thermal Runaway” ( Thermisches Durchgehen) bezeichnet und schränkt die Designs von Batteriepacks für Elektrofahrzeuge erheblich ein.
Zudem müssen Automobilhersteller die unterschiedlichen gesetzlichen Auflagen weltweit erfüllen, damit die Batteriepacks für den lokalen Einsatz zugelassen werden können. In China beispielsweise müssen Elektrofahrzeuge so designt sein, dass Insassen nach einem Unfall und einem damit verbundenen Thermal Runaway mindestens fünf Minuten Zeit haben, das Auto sicher zu verlassen. Um diese Auflagen zu erfüllen, spielen das Wärmemanagement und der Einsatz von thermischen Interface-Materialien ( TIMs) eine kritische Rolle.
Die Rolle von TIMs für das Wärmemanagement
TIMs spielen beim Wärmemanagement eine zentrale Rolle, weil sie den Hitzetransfer von Komponenten optimieren, wie Batterien in Energiespeichersystemen, Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs), Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) und Transformatoren in Stromumwandlungssystemen bis hin zu Kühlkörpern. Die Energiedichte definiert dabei, welche Hitzemengen diese Komponenten abgeben. Insbesondere bei Leistungselektronik können diese Werte sehr hoch sein (Bild 1). Bei IGBT’s, die in der Regel in Stromwandlungssystem eingesetzt werden, können diese Werte zwischen 10 KW bis 350 KW pro Modul liegen – sie erfordern daher hochleistungsfähige TIMs.
Hochleistungsfähige TIMs zeichnet eine hohe thermische Leitfähigkeit aus. Da Elektronikbauteile immer kleiner und leistungsfähiger werden, liegt hierin eine zentrale Herausforderung. Eine höhere thermische Leitfähigkeit führt zu einer höheren TIMDichte und einer geringeren Abgabeleistung, weil mehr thermisches Material (Gap Filler) benötigt wird. Deshalb hat Henkel mit
zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit ihrer Fahrzeuge sicherzustellen. Deshalb arbeiten zahlreiche Hersteller weltweit mit Henkel als Partner für das Design von Komponenten zusammen, um eine maximale Designflexibilität zu erzielen. Das Unternehmen bietet das breiteste Portfolio an TIMs, Klebstoffen und Dichtstoffen für die Automobilindustrie mit langjähriger Anwendungsexpertise und umfangreichem technischen Service.
Reduzierung der Lebenszykluskosten