Verlängerte Lebensdauer – Makrolon® TC für die Wärmeableitung in Li-Ionen-Batterien

Wärmeleitend, aber Kunststoff?

Normalerweise sind Kunststoffe thermische Isolatoren. Covestro hat nun mit Makrolon® TC ein neues Portfolio wärmeleitender Polycarbonate eingeführt, das Kunden die Wahl zwischen elektrisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Typen ermöglicht. Auch kann zwischen flammhemmend ausgerüsteten Typen gemäß UL94-V und nicht flammgeschützten Typen gewählt werden. Elektrisch leitfähige Makrolon® TC-Typen bieten eine Wärmeleitfähigkeit  von bis zu 16 W/mK in Einspritzrichtung und 1,4 W/mK senkrecht dazu, während elektrisch isolierende Typen bis zu 1,4 W/mK in Einspritzrichtung und dazu senkrecht 0,3 W/mK bieten (gemessen gemäß ASTM E 1461-01, 23 °C). Diese Thermoplaste kombinieren die Fähigkeit zum Temperaturmanagement mit den zentralen Vorteilen von Polycarbonaten, wie z. B. ausgezeichneter Formstabilität, geringem Verzug, nahezu isotroper Schwindung und hoher Wärmeformbeständigkeit. 

Wie wird Makrolon® TC verwendet?

Die hohe Anforderung an schnelles Laden und Entladen, insbesondere bei Elektrofahrzeugen, löst eine chemische Reaktion in Batterien aus, die deren Temperatur auf gefährliche Werte treiben kann. Batteriekühlsysteme sind so konzipiert, dass sie maximale Betriebstemperaturen von 40 °C oder weniger aufrechterhalten, und sie sollten niemals über einen längeren Zeitraum 60 °C überschreiten. Bei 150 °C und darüber kann der Zellenabbau in Batterien zu einem sich selbst verstärkenden Zyklus werden, der als thermisches Durchgehen bezeichnet wird und die Insassen des Fahrzeugs einem ernsthaften Risiko aussetzt. 

Die flammhemmenden Materialien Makrolon® TC120FR und Makrolon® TC210 FR sind wärmeleitend und elektrisch isolierend und daher ideal für luftgekühlte Systeme geeignet. Dank dieser Eigenschaften eignen sie sich hervorragend für Gehäuse der Leistungselektronik von Elektrofahrzeugen, Gehäuse von Steuereinheiten und andere Komponenten, bei denen sowohl eine effiziente Wärmeverteilung als auch elektrische Isolierung entscheidend sind. Durch die Ermöglichung wärmeleitender, aber elektrisch sicherer Konstruktionen tragen Makrolon® TC-Typen dazu bei, empfindliche Elektronik zu schützen und gleichzeitig flexiblere und leichtere Alternativen zu herkömmlichen Metallkühlkörperstrukturen zu unterstützen. Darüber hinaus können Zellenhalter oder Kühlplatten aus elektrisch isolierendem Makrolon® TC die Lebensdauer der Zellen verlängern, indem sie die Wärme homogen verteilen und den Temperaturgradienten innerhalb des Moduls und der Batterieabdeckung reduzieren, wie eigene Simulationen an Li-Ionen-Batterien für Elektrowerkzeuge zeigen.

Wenn eine höhere Wärmeableitung erforderlich ist, ist das elektrisch leitfähige Makrolon® TC629 das Material der Wahl. Beide Materialien, sowohl elektrisch isolierende als auch leitfähige, können problemlos in einem 2K-Spritzgussverfahren kombiniert werden, um die Vorteile sowohl der elektrisch leitfähigen als auch der isolierenden Eigenschaften zu nutzen.

Wie kann Makrolon® TC mit Metallen konkurrieren?

Eine effiziente Wärmeableitung ist nicht nur eine Frage des physikalischen Werts der Wärmeleitfähigkeit, sondern vielmehr der Synergie mit dem Design der Kühlelemente. Mit kunststoffgerechtem Design haben Makrolon® TC-Typen in verschiedenen Anwendungen bewiesen, dass sie die gleiche Temperaturmanagementleistung wie Metallkühlkörper erreichen können, während sie gleichzeitig die Kosten senken, die Fertigungskomplexität und das Gewicht verringern und eine größere Designfreiheit bieten. 

Und nicht zuletzt bietet Makrolon® TC niedrige Wärmeausdehnungskoeffizienten, die denen von Aluminium oder Kupfer sehr nahe kommen. Dies ermöglicht einen effektiven Ersatz von z. B. Aluminium-Druckgussteilen und eine Erweiterung des Designraums.

Covestro verfügt über umfassende Erfahrung bei der Kundenunterstützung beim Design von Teilen, bei der Werkzeugfüllung sowie bei thermischen Simulationen zur Realisierung der gewünschten Wärmeabfuhr.

Wie können Sie von unserer Expertise profitieren?

Durch Kooperationen können wir Ihre Designziele und Anforderungen verstehen und die ideale Materialkombination herausfinden. Gemeinsam können wir Ihre Energiespeicher- und Elektronikanwendung optimieren.