Werkstoff- und Dichtungsexperte Freudenberg Sealing Technologies entwickelt neuen, hochverträglichen Elastomerwerkstoff
Weinheim (Deutschland), 10. April 2025. Freudenberg bietet einen optimierten Dichtungswerkstoff für E-Mobilitätsanwendungen als Alternative zu PFAS-haltigen Thermoplast- und FKM-Dichtungen. Diese neue Materialserie wird im Spritzgussverfahren verarbeitet, bietet eine überlegene Dichtungsleistung, gewährleistet die Lebensdauer der Batterien und erfüllt die immer strengeren Umweltvorschriften.
Auf dem schnell wachsenden Markt für Elektrofahrzeuge ist eine verbesserte Batterieleistung mit kürzeren Ladezeiten, maximaler Temperaturbeständigkeit und einer längeren Lebensdauer der Batterien ein Schlüsselfaktor für den Erfolg. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, benötigen Erstausrüster in Europa und den Vereinigten Staaten Materialien, die auch den strengeren nationalen und internationalen Umweltstandards entsprechen. Ein Hochleistungsmaterial für solche Anwendungen kommt aus der Gruppe der Elastomerwerkstoffe. Freudenberg Sealing Technologies ist es gelungen, einen Werkstoff zu entwickeln, der Thermoplasten im Falle eines thermischen Durchgehens überlegen ist und Batterieanwendungen in der Elektromobilität auf ein völlig neues Niveau hebt.
Materialvorteile nutzen – Elastomerdichtungen statt Thermoplaste
Thermoplaste, die traditionell für Batteriedichtungen verwendet werden, haben Makromoleküle mit langkettigen Molekularstrukturen, die nicht chemisch vernetzt sind, sondern durch schwache intermolekulare Kräfte zusammengehalten werden. Thermoplaste können zwar bis zu einem gewissen Grad elastisch verformt werden, aber durch das ständige Laden und Entladen der Batteriezelle werden sie im Laufe der Zeit auch funktionell relevant plastisch verformt. Anders ist dies bei Elastomeren, deren Molekülketten chemisch vernetzt sind. In ihrem Grundzustand bilden die Polymerketten ein verworrenes Knäuel, das sich unter Zug- und Druckbelastungen dehnt oder staucht. Aufgrund der Entropieelastizität reagieren diese vernetzten Materialien elastisch und reversibel und behalten ihre Form während der zyklischen Volumenänderung der Batteriezellen unter Belastung außergewöhnlich gut bei.
„Unsere O-Ringe aus dem neuen Elastomer verhindern daher, dass Elektrolyt aus der Batteriezelle ausläuft oder Verunreinigungen in die Zelle gelangen“, erklärt David Kuhne, Anwendungsingenieur bei Freudenberg Sealing Technologies. „Sie sollten sich eine Batteriezelle nicht als starres Konstrukt vorstellen – sie ‚atmet‘. Wenn die Temperatur in der Batteriezelle von der Umgebungstemperatur auf – in der Regel – bis zu 60°C ansteigt, dehnt sich die Zelle aus und zieht sich beim Abkühlen in gleicher Weise zusammen. Bei dieser Dauerbelastung zeigen Elastomere deutliche Vorteile gegenüber Thermoplasten“, erklärt Kuhne den Lade- und Entladevorgang.
Werkstoffkompetenz – von der Spitzenforschung bis zur Großproduktion
Bei der Entwicklung neuer Batteriematerialien stehen sowohl Nachhaltigkeit als auch wirtschaftliche Aspekte im Vordergrund. Im Allgemeinen gilt: Je länger eine Batterie genutzt werden kann, desto nachhaltiger werden die Elektrofahrzeuge. Das neue Dichtungsmaterial von Freudenberg Sealing Technologies trägt zu diesem Ziel bei.
Beim Einsatz in Kundenprojekten konnte das neue Material die leistungsrelevante Leckagerate der Batteriezellen um eine Größenordnung verbessern – mit anderen Worten: eine zehnfache Verbesserung im Vergleich zu herkömmlichen thermoplastischen Dichtungen.
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die extreme Empfindlichkeit der Elektrochemie von Batteriezellen gegenüber möglichen Verunreinigungen. Dr. Stefan Schneider, Leiter der Materialentwicklung im O-Rings Lead Center, erklärt: „Ein vorzeitiger Kapazitätsverlust, der bei mit herkömmlichen Elastomeren versiegelten Zellen beobachtet wurde, kann auf minimale, aber dennoch vorhandene Verunreinigungen im Dichtungsmaterial zurückzuführen sein. Das Eindringen von Feuchtigkeit in die Zelle hat einen ähnlichen Effekt, da sie die Zersetzung von Elektrolytkomponenten verursachen kann. Diese Aspekte wurden bei der Entwicklung des neuen Materials berücksichtigt.“ Darüber hinaus hat Process Engineering die Fertigungstechniken so weit optimiert, dass es möglich ist, diese Hochleistungs-Batteriezellendichtungen in großen Serien zu produzieren.
Steigende Nachfrage nach Batterien treibt den Ausbau von Elektrofahrzeugen voran
Als führender Anbieter von Hochleistungswerkstoffen und innovativen Produkten ist Freudenberg Sealing Technologies maßgeblich an der Entwicklung einer sicheren und nachhaltigen E-Mobilität beteiligt. Und das Timing ist perfekt: Der jährliche „Global Electric Vehicle Outlook“ der Internationalen Energieagentur (IEA) zeigt die globalen Entwicklungen der Elektromobilität auf. Dem „Outlook 2024“ zufolge muss die weltweite Elektrofahrzeugflotte von weniger als 45 Millionen Fahrzeugen im Jahr 2023 auf 250 Millionen im Jahr 2030 anwachsen, um auf dem Weg zur Netto-Null-Emission zu bleiben. Dies wird auch die Nachfrage nach Hochleistungsbatterien stark ansteigen lassen. Freudenberg Sealing Technologies ist erfreut: „Als Entwicklungspartner für kundenspezifische Projekte bringen wir unsere langjährige Material- und Innovationskompetenz ein. Dank unserer fortschrittlichen Analysemethoden und vertikal integrierten Fertigungsprozesse können wir mit großer Agilität wettbewerbsfähige Produktionslösungen entwickeln und umsetzen“, so David Kuhne abschließend.
Quelle: Pressemitteilung vom 10. April 2025
