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 kann Makrolon® TC angewendet werden?
Die Notwendigkeit des schnellen Ladens und Entladens, vor allem in Elektrofahrzeugen, löst eine chemische Reaktion in Batterien aus, die deren Temperaturen stark erhöhen kann. Batteriekühlungssysteme sind für Betriebstemperaturen von höchstens 40 °C ausgelegt und sollten 60 °C nie über einen längeren Zeitraum überschreiten. Bei 150 °C und mehr kann der Zellabbau in Batterien gefährlich werden und eine Kettenreaktion (thermal runaway) auslösen.Diese kann die Insassen des Fahrzeugs in große Gefahr bringen.
Makrolon® TC120 FR (flammhemmend), Makrolon® TC110 und Makrolon® TC120 sind wärmeleitende und elektrisch isolierende Materialien, die sich ideal für luftgekühlte Systeme eignen.
In Elektrofahrzeugen können sie neue Möglichkeiten eröffnen, wie z. B. wärmeleitende, aber elektrisch isolierende Zellenhalter, Gehäuse, die die Wärme von Leistungselektronik und Steuergeräten ableiten, oder den Ersatz von Metallen durch kunststoffgerecht designte Kühlkörper. Die elektrisch isolierenden Makrolon® TC-Typen können zum Schutz der Elektronik verwendet werden und ermöglichen gleichzeitig eine effiziente Wärmeabfuhr.
Zellenhalter oder Kühlplatten aus elektrisch isolierenden Makrolon® TC-Typen können die Lebensdauer der Zellen verlängern, indem sie die Wärme gleichmäßig verteilen und den Temperaturgradienten innerhalb des Moduls und des Packs reduzieren, wie eigene Simulationen für Li-Ion-Batterien in Elektrowerkzeugen zeigen.
Wenn eine höhere Wärmeabfuhr erforderlich ist, ist das elektrisch leitfähige Makrolon® TC629 das Material der Wahl. Beide Makrolon TC-Ausführungen, die elektrisch isolierende und die leitfähige, können in einem 2K-Spritzgussverfahren kombiniert werden, um sowohl die elektrische Leitfähigkeit als auch die elektrische Isolierung 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.
„Sicherheitsprobleme bei Batterien, wie z. B. Hot Spots, können durch den Einsatz von Makrolon® TC in Komponenten des elektrischen Antriebsstrangs reduziert werden. Durch Zusammenarbeit mit unseren Kunden in der frühen Entwicklungsphase von Batterien und Leistungselektronik können unsere Materialien die Lebensdauer ihrer elektrischen Komponenten in der Nutzungsphase positiv beeinflussen.“
Terry Davis
Global Technical Lead – Batteries, Application Development, Covestro
Wesentliche Vorteile
- Verlängerte Lebensdauer Material-inhärente Wärmeableitung schützt vor Hot Spots
- Effiziente Verarbeitung Spritzguß ermöglicht präzise, komplexe Teile und eine skalierbare Fertigung
- Maßgeschneiderte thermische und elektrische Eigenschaften Materialien mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten verfügbar, Auswahl aus elektrisch isolierenden oder elektrischen Typen
- Dimensionsstabilität Geringer Verzug, nahezu isotrope Schwindung und geringe Wärmeausdehnung nahe an der von Aluminium oder Kupfer
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