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May 30, 2023

Verbundwerkstoffe treiben Batterieleichtbau in Elektrofahrzeugen voran

Stephen Moore | 15. Mai 2023 Elektrofahrzeuge (EVs) erzeugen sehr unterschiedliche Werte

Stephen Moore | 15. Mai 2023

Elektrofahrzeuge (EVs) erzeugen einen ganz anderen Materialbedarf als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor (ICE). Angesichts der anhaltenden Unterbrechungen der Lieferkette und der sich schnell weiterentwickelnden Batterietechnologie werden die Materialien, die in den kommenden Jahren nachgefragt werden, erheblich variieren. IDTechEx hat gerade einen Bericht mit dem Titel „Materials for Electric Vehicle Battery Cells and Packs 2023-2033“ veröffentlicht, der sich eingehend mit Batteriechemie, Energiedichte und Designentwicklung befasst, um die Nachfrage nach 27 verschiedenen Materialien im Zeitraum 2021 bis 2033 zu ermitteln Märkte wie Elektroautos, Busse, Lastwagen, Transporter, Zweiräder, Dreiräder und Kleinstwagen.

Trotz der Tendenzen zu höherer Energiedichte und geringerem Materialverbrauch pro Fahrzeug wird dank des schnell wachsenden Marktes für Elektrofahrzeuge die Nachfrage nach Batteriematerialien für Elektrofahrzeuge voraussichtlich um mehr als das Zwölffache steigen, wobei der Marktwert bis 2022 eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von 26 % aufweisen wird und 2033.

Während die Erhöhung der Energiedichte von Batteriezellen von entscheidender Bedeutung ist, stellt die Konstruktion des Batteriepakets als Ganzes auch eine großartige Möglichkeit zur Verbesserung der Batterieenergiedichte dar. Der Schlüssel zur Gewichtsreduzierung liegt in der Verwendung von Verbundwerkstoffen und Polymeren anstelle von herkömmlichem Aluminium und Stahl.

Ein Großteil der Batteriestruktur wird derzeit aus Aluminium hergestellt, aber viele Designs haben Gehäusedeckel aus Verbundwerkstoff verwendet, um das Gewicht zu reduzieren und komplexere Formen zu schaffen. Es gibt einen Trend hin zu Batteriegehäusen aus mehreren Materialien, um die Vorteile der verfügbaren Materialien zu kombinieren. Ein wichtiger Aspekt bei Verbund- oder Polymergehäusen ist die Abschirmung gegen elektromagnetische Störungen (EMI) und der Brandschutz; Dies kann später hinzugefügt oder in das Material selbst integriert werden.

Das Wärmemanagement ist entscheidend, um die Zellen auf einer optimalen Betriebstemperatur zu halten und erfordert Komponenten wie Kühlplatten und Kühlmittelschläuche. Zur Unterstützung der Wärmeübertragung zwischen den Zellen und der Kühlstruktur sind thermische Schnittstellenmaterialien erforderlich. Um zu verhindern, dass sich thermisches Durchgehen zwischen den Zellen und außerhalb des Batteriepakets ausbreitet, sind passive Brandschutzmaterialien erforderlich. Die Art und Weise, wie diese Wärmemanagementmaterialien und -komponenten integriert werden, wird immer einfacher, insbesondere durch die Einführung von Cell-to-Pack-Designs, sie werden jedoch weiterhin kritische Betriebskomponenten mit erhöhter Nachfrage bleiben. Bei diesen Kühlsystemen spielen Kunststoffe wie Polyamide eine Schlüsselrolle.

Die Industrie hat außerdem schrittweise die Menge der zur Verpackung der Zellen verwendeten Materialien reduziert und so das Verhältnis von Verpackungsgewicht und -volumen, das auf die Zellen entfällt, erhöht. Der entscheidende Schritt in dieser Hinsicht ist die Einführung von Cell-to-Pack-Designs, bei denen der modulare Aufbau zugunsten der direkten Zusammenpackung aller Zellen aufgegeben wird. Trotz der dadurch verursachten Materialreduzierung bedeutet das schnelle Wachstum des Elektrofahrzeugmarkts, dass viele der in einem Batteriepaket verwendeten Materialien eine erhöhte Nachfrage erfahren werden.

Der IDTechEx-Bericht prognostiziert Materialien, die in Zellen und Akkus verwendet werden, darunter Aluminium, Stahl, Kupfer, Lithium, Kobalt, Nickel, Mangan, Elektrolyt, Eisen, Phosphor, Bindemittel, Gehäuse, Ruß, Silizium, Separatoren, Kohlenstoffnanoröhren, Kohlenstofffasern. verstärkte Kunststoffe, glasfaserverstärkte Kunststoffe, Wärmeleitmaterialien, Brandschutzmaterialien, elektrische Isolierung, Kühlplatten und Kühlmittelschläuche.

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