Wenn Elektroautos Feuer fangen, sind die Auswirkungen in der Regel deutlich schlimmer, als wenn ein Verbrenner sich entzündet. Entsprechend ist das Thema Brandsicherheit gerade bei den Batterieherstellern hoch angesiedelt.
Der koreanische Batteriehersteller LG Chem hat nach eigenen Angaben in Zusammenarbeit mit der Pohang University of Battery Technology in Südkorea eine temperaturempfindliche Sicherheitsschicht für Batterien entwickelt, die ein thermisches Durchgehen der Energiespeicher verhindern soll. Ein thermischer Durchgang, eine der Hauptursachen für Brände in Elektrofahrzeugbatterien, tritt auf, wenn Kathode und Anode in der Batterie unbeabsichtigt in direkten Kontakt kommen, einen Kurzschluss verursachen und Hitze erzeugen. Innerhalb von Sekunden kann die Temperatur auf fast 1.000 Grad ansteigen und zu einem Brand führen. Die entsprechenden Forschungsergebnisse wurden online in der Septemberausgabe von Nature Communications, einer der weltweit führenden wissenschaftlichen Zeitschriften, veröffentlicht.
Erhöhter Widerstand gegen Kurzschlüsse
Bei dem von LG Chem entwickelten Material zur Unterdrückung des thermischen Durchgehens handelt es sich um ein Verbundmaterial, das seinen elektrischen Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur ändert und so als "Sicherung" fungiert, die den Stromfluss in den frühen Phasen der Überhitzung blockiert. Die Sicherheitsschicht (Safety Reinforced Layer, SRL) ist nur einen Mikrometer dick – etwa ein Hundertstel der Dicke eines menschlichen Haares. Sie sitzt zwischen der Kathodenschicht und dem Stromkollektor (einer Aluminiumfolie, die als Elektronenleiter dient) in der Batterie. Wenn die Temperatur der Batterie über den normalen Bereich von 90 bis 130 Grad Celsius hinaus ansteigt, reagiert das Material auf die Hitze, verändert seine molekulare Struktur und unterdrückt effektiv den Stromfluss. Der elektrische Widerstand des Materials ändert sich pro ein Grad Temperaturanstieg um 5.000 Ohm.
Der maximale Widerstand des Materials ist damit 1.000 Mal höher als bei normalen Temperaturen. Außerdem ist es reversibel, das heißt, der Widerstand nimmt mit sinkender Temperatur wieder ab und kehrt in seinen ursprünglichen Zustand zurück, so dass der Strom wieder normal fließen kann.
Die temperaturabhängige, verstärkte Sicherheitsschicht (Safety Reinforced Layer, SRL) soll den thermischen Durchschlag in Batterien verhindern.
Positive Testreihen
Die Forscher testeten die neue Sicherheitsschicht in Nickel-Kobalt-Mangan- (NCM) und Lithium-Kobaltoxid- (LCO) Batterien. 70 Prozent der mit der thermischen Unterdrückungsschicht ausgestatteten NCM-Batterien fingen kein Feuer. Die 30 Prozent, die sich entzündeten, erloschen innerhalb von Sekunden. Bei keiner der LCO-Batterien mit der Sicherheitsschicht kam es zu Bränden. LG Chem plant, entsprechende Sicherheitstests im kommenden Jahr an Batterien mit hoher Kapazität durchzuführen. Wann die Sicherheitstechnik in die Serienproduktion einfließen könnte, ließen die Koreaner offen.
LG Chem ist über seine Batterietochter LG Energy Solution Batterielieferant für mehrere Elektrofahrzeughersteller. Zu den Kunden der Koreaner zählen unter anderem Ford, Tesla und Volkswagen.
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Fazit
Batteriehersteller LG Chem hat eine neue Sicherheitsfolie entwickelt, die in Batterien das thermische Durchgehen und damit Batteriebrände unterbinden soll. Erste Testreihen sind überaus positiv abgeschlossen worden. Wann die Technik in die Großserie einfließen könnte, lassen die Koreaner aber noch offen.
