Die elektrische Revolution anführen
Die Transformation hin zu einer nachhaltigen, elektrifizierten Zukunft, die nicht auf fossilen Brennstoffen basiert, ist bereits in vollem Gange. Prognosen zeigen, dass bis 2050 etwa die Hälfte des weltweiten Energieverbrauchs in Form von Elektrizität vorliegen könnte. Moderne Technologien, die diese Entwicklung hin zu einer umfassenden Elektrifizierung unterstützen, sind heute allgegenwärtig – ein klares Beispiel dafür ist die zunehmende Verbreitung von Elektrofahrzeugen (EVs) weltweit.
Das Laden und die Dekarbonisierung von Fahrzeugen sind jedoch nur ein Teil der Elektrifizierung unserer Welt. Diese Aufgabe ist deutlich umfassender und beinhaltet unter anderem Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge (EVSE, kurz Ladesäulen), Energiespeichersysteme sowie den Ausbau und die Modernisierung der Stromnetze. Erfolg bedeutet, umweltbelastende Maschinen und Technologien durch elektrische Alternativen zu ersetzen, die mit saubereren Energiequellen betrieben werden können.
Zur Unterstützung dieser Elektrifizierungsbemühungen ist ein gesamtes Energie‑ und Technologieökosystem erforderlich. Dabei spielen oft unsichtbare – aber entscheidende – Klebebänder und Materialien eine zentrale Rolle, da sie die Funktionalität und Zuverlässigkeit der Technologien innerhalb dieses Ökosystems überhaupt erst ermöglichen.
Bewältigung moderner Herausforderungen für ein energieeffizientes Ökosystem
Hochwertige Klebebänder, Dichtungen und Presskissen sind entscheidend, um die Herausforderungen von Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge (EVSE) sowie von Elektrofahrzeugen selbst und der Netzinfrastruktur zu bewältigen. Jede dieser Anwendungen ist kritisch und erfordert Schnittstellenmaterialien, die sowohl heute als auch nach Jahren mechanischer und thermischer Belastung zuverlässig funktionieren.
Zur Bewältigung dieser Herausforderungen bietet Saint‑Gobain® Tape Solutions ein breites Portfolio an technisch hochentwickelten Materialien für anspruchsvolle Anwendungen, darunter Silikonelastomere, Polyurethanschaum, Polyamide und verstärkte Polyestermaterialien. Diese sind darauf ausgelegt, unter extremen Bedingungen eine zuverlässige Leistung über eine lange Lebensdauer hinweg zu gewährleisten.
EVSE: Energieübertragung auf der letzten Meile
Bis 2032 werden Elektrofahrzeuge mehr als 67 % der verkauften Fahrzeuge ausmachen, und das Anschließen ist erst der Anfang, wenn es darum geht, Emissionen zu reduzieren. Für den Einsatz im Straßenverkehr muss elektrische Energie über die Ladeinfrastruktur (EVSE) auf das Elektrofahrzeug übertragen werden. Auf Verbraucherebene ist EVSE im Wesentlichen ein Stecksystem, das entweder eine 120 V‑ oder 220 V‑Wechselstromquelle an den Ladeanschluss des Fahrzeugs anpasst. Die Ladeelektronik im Fahrzeug wandelt diesen Wechselstrom in den für das Laden der Batterie erforderlichen Gleichstrom um.
Der Transport ist die Hauptfunktion eines Elektrofahrzeugs, doch längere Fahrten und ein verbessertes Nutzungserlebnis sind nur durch ein stetig wachsendes Ladenetzwerk möglich. Im öffentlichen Bereich sind lange Ladezeiten mit Wechselstrom oft nicht akzeptabel. Systeme wie Schnellladegeräte (z. B. Supercharger) liefern daher Gleichstrom direkt über den Anschluss und ermöglichen eine deutlich höhere Energieübertragungsrate – ausreichend, um innerhalb weniger Minuten eine erhebliche Reichweite zu laden.
Diese hohen Energieübertragungsraten erhöhen die Anforderungen an Sicherheit und elektrische Isolation im Vergleich zu Anwendungen im privaten Bereich erheblich. Darüber hinaus unterliegt öffentliche Ladeinfrastruktur einer intensiveren Nutzung und stärkeren Beanspruchung, sodass sie extremen Bedingungen wie Hitze, Kälte, Regen, Schmutz und mechanischen Belastungen standhalten muss.
Zur Erfüllung dieser Anforderungen können hochwertige Dichtungs‑ sowie Management thermischer Schnittstellen‑Lösungen eingesetzt werden, um die Robustheit der EVSE zu erhöhen und die Sicherheit der Anwender zu gewährleisten. Zur Optimierung der Ladeinfrastruktur und zur Bewältigung der zentralen Herausforderungen setzen Kunden häufig auf:
- Produkte der Norseal®‑Serie bieten Schutz vor extremen Umgebungsbedingungen an Schnittstellen von Komponenten und in Gehäusen.
- ThermaCool®‑Produkte bieten eine Vielzahl von Lösungen zur Ableitung überschüssiger Wärme, die während der Ladezyklen von Hochleistungs‑Elektronikkomponenten entsteht.
- CHR® Klebebänder stehen für bewährte Leistung in einem breiten Spektrum an Isolations‑ und Anwendungen in der Kabelbaumindustrie.
- Produkte der Norbond®‑Serie ermöglichen dauerhafte Verklebungen, beispielsweise für Embleme, Außenanbauteile und strukturelle Paneele.
Energieversorgung und -speicherung
Ein weiteres entscheidendes Merkmal von Elektrofahrzeugen ist ihre Fähigkeit, als flexible Energiespeicher zu fungieren. Dadurch können sie bei Bedarf auch als effiziente Netzpuffer dienen und ihre hohe Speicherkapazität im verbundenen Zustand nutzen.
Elektrofahrzeuge stehen vor vielen der gleichen Herausforderungen hinsichtlich Isolation und Beständigkeit wie die Ladeinfrastruktur, jedoch in einem kompakten, mobilen Aufbau. Daher müssen Batteriesysteme von Elektrofahrzeugen sowohl mechanisch als auch thermisch äußerst präzise ausgelegt sein und hochwertige Komponenten integrieren.
In dieser Anwendung sorgen Presskissen für einen moderaten Anpressdruck auf die Batteriezellen. Bei jedem Lade‑ und Entladevorgang führt eine chemische Reaktion zu einer leichten Ausdehnung der Zellen. Obwohl diese gering ist, kann sie elektrische und thermische Verbindungen belasten und zu Vibrationen innerhalb der Batterie führen. Materialien für das Management thermischer Schnittstellen sowie Polsterlösungen bieten eine stabile Basis für die Zellen im Batteriepack. Presskissen liefern eine optimale Dämpfung und gleichen die reversible „Atmung“ (Dimensionsänderung) der Zellen während der Lade‑ und Entladezyklen sowie die langfristige Zellschwellung über die Lebensdauer der Batterie aus.
Materialien für das Management thermischer Schnittstellen wirken als Wärmesenke und schaffen einen Wärmeleitungspfad, über den Wärme aus der Batterie abgeführt wird. Sie müssen eine hervorragende, weiche Anpassungsfähigkeit aufweisen, ohne die Wärmeleitfähigkeit zu beeinträchtigen – Eigenschaften, die beispielsweise Produkte wie TC2009 bieten. Dichtungslösungen wie F‑15, die R10404‑Serie oder das kosteneffizientere mikrozellulare Polyurethan PS‑V0 sorgen für eine zuverlässige Abdichtung gegenüber Umwelteinflüssen.
Am wichtigsten ist, dass unsere Materialien zum Schutz vor thermischem Durchgang entwickelt wurden, um Batteriezellen vor thermischen Durchgangsereignissen zu schützen und die Ausbreitung von Bränden zu minimieren bzw. zu begrenzen.
Diese Lösungen tragen insgesamt zu sichereren und zuverlässigeren Batteriesystemen bei und ermöglichen gleichzeitig die Entwicklung robuster Energieverteilungssysteme – im Prinzip ein mobiles Energiespeichersystem (BESS) auf Rädern.
Netzinfrastrukturtechnologie: die Grundlage
Der aktuelle Trend geht in Richtung dezentraler Energieerzeugung und ‑speicherung, bei der Verbraucher Energie vor Ort, beispielsweise über Solaranlagen, erzeugen und diese Energie direkt nutzen, speichern oder ins Stromnetz einspeisen können.
Transformatoren spielen hierbei eine zentrale Rolle, da sie die Energieübertragung zwischen Hochspannungsleitungen und Verbrauchergeräten ermöglichen. Da bei Transformatoren immer ein gewisser Energieverlust auftritt, ist Effizienz entscheidend, um die Energieübertragung zu maximieren. Da Leistungstransformatoren eine Lebensdauer von 25 Jahren oder mehr haben und extremen klimatischen Bedingungen ausgesetzt sind, sind robuste Konstruktionen und langlebige Materialien unerlässlich. Im Inneren können Wicklungen und dielektrische Materialien mit widerstandsfähigen Klebebändern fixiert werden, die häufig auch in ölgefüllten Umgebungen zuverlässig funktionieren müssen.
Die dezentrale Energieerzeugung (z. B. private Solaranlagen) bedeutet, dass ein Teil der Energie lokal erzeugt und verbraucht wird. Dadurch entfallen Transformatoren und die damit verbundenen Verluste, allerdings erfordert dies eine präzisere Auslegung der Netzstruktur. Die erzeugte Energie kann entweder direkt genutzt oder vor Ort gespeichert werden, beispielsweise zur Abdeckung von Lastspitzen oder als Reserve bei Stromausfällen. Typischerweise erfolgt die Speicherung in einem Batterie‑Energiespeichersystem (BESS), das innerhalb oder außerhalb eines Gebäudes installiert ist. Mit steigender Verbreitung von Elektrofahrzeugen wird dies zunehmend durch Vehicle‑to‑Home‑Konzepte ergänzt, bei denen das Fahrzeug selbst als Energiespeicher dient.
Unabhängig von der Anwendung basieren solche Energiespeicherlösungen häufig auf Lithium‑Ionen‑Technologie, die tausende Lade‑ und Entladezyklen sicher und effizient bewältigen muss. Aufgrund der bekannten Reaktivität von Lithium‑Ionen‑Systemen müssen diese Anwendungen besonders hohe Anforderungen an Sicherheit und Zuverlässigkeit erfüllen – insbesondere im häuslichen Umfeld.
Wie bei Transformatoren tragen hochleistungsfähige Klebebänder und Presskissen als Schnittstellen‑ und Befestigungsmaterialien wesentlich zu einem sicheren, effizienten und zuverlässigen Betrieb bei. Sie helfen, gefährliche Lichtbögen zwischen Batteriezellen zu verhindern, gewährleisten stabile elektrische und thermische Schnittstellen und reduzieren das Risiko eines thermischen Durchgangs. Lösungen wie unsere TRP‑Serie ermöglichen es Entwicklungsingenieuren, Risiken proaktiv zu adressieren und die Ausbreitung von Bränden zwischen Zellen im Falle eines thermischen Ereignisses zu begrenzen.
Unser Produkt Norseal® TRP1000 (in Entwicklung) ist ein proprietärer Silikonschaumstoff mit Glimmer‑Oberflächenschichten, der eine hohe Beständigkeit gegenüber Temperatur und Flammen bietet sowie eine verbesserte mechanische Stabilität bei thermischer Belastung gewährleistet.
Extrem maßgeschneiderte Lösungen für die härtesten Herausforderungen
Unser Tape‑Solutions‑Team ist bereit, kundenspezifische Produkte zu entwickeln, die die dringendsten Herausforderungen von heute adressieren und Innovationen im Bereich der Elektrifizierung unterstützen. Fortschritte in der Elektrifizierung tragen dazu bei, Effizienz zu steigern, Abfall zu reduzieren, Umweltbelastungen zu minimieren und vor allem CO₂‑Emissionen zu senken – und leisten damit einen wichtigen Beitrag zu einer nachhaltigeren Zukunft.
Wenn es darum geht, spezifische Herausforderungen im Bereich Elektrofahrzeuge (EV), Ladeinfrastruktur (EVSE) oder intelligenter Stromnetze zu bewältigen, sind wir bereit, schon heute an die Lösungen von morgen zu denken.
