Erforschung von Kohlefaseranwendungen in Batteriegehäusen

Erkundung von Anwendungen aus Kohlefaser im Batteriegehäuse

1. Vorteile der Gewichtsreduzierung von Batteriegehäusen aus Kohlefaser

Kohlefaserverbundwerkstoffe mit ihrengeringe Dichte, sind entscheidend für die Gewichtsreduzierung von Batteriegehäusen. Studien zeigen, dass durch den Ersatz herkömmlicher Metalle durch Kohlefaser eine deutliche Gewichtsreduzierung erreicht werden kann. Zum Beispiel:

• Batteriegehäuse aus Kohlefaser können viel leichter sein als Aluminium.
• Einige Batteriegehäuse aus Kohlefaser erreichen eine erhebliche Gewichtsreduzierung im Vergleich zu Aluminium.
• Untersuchungen zeigen, dass Kohlefasergehäuse im Vergleich zu Stahlkonstruktionen das Gewicht erheblich reduzieren können.

Diese Gewichtsreduzierung verbessert direkt das Elektrofahrzeug (EV)Bereich, da die Reduzierung der Fahrzeugmasse den Energieverbrauch senkt.

2. Verbesserte mechanische Eigenschaften und Sicherheit

Kohlefaser zeichnet sich durch Festigkeit, Steifigkeit und Schlagfestigkeit aus:

• ​Die spezifische Festigkeit ist viel höher als bei Stahl, die Stößen und Vibrationen effektiv standhalten.
• ​Optimierung des Layer-StackingsGleicht multidirektionale Steifigkeit und Festigkeit aus.
• Niedrige Wärmeleitfähigkeit isoliert Temperaturschwankungen und stabilisiert Batteriemodule.

Darüber hinaus können KohlefaserSchwer entflammbarundKorrosionsbeständigkeitÜbertreffen Metalle und verringern das Risiko von Kurzschlüssen und Elektrolytleckagen.

3. Prozessinnovationen und Designoptimierung

1. ​Baustatik​
   BenutzendSteifigkeits-Äquivalenz-DesignundFinite-Elemente-Analysesind die Winkel und Dicken der Kohlefaserschicht optimiert, um Leistung und Gewicht in Einklang zu bringen. Beispiele hierfür sind:

   • Batteriekästen für dynamische Stabilität.
   • Sandwichstrukturen reduzieren das Gewicht effektiv.

2. ​Fertigungsprozesse​​
   Thermoplastische Prepregs ermöglichen ein effizientes Thermoformen und die integrierte Produktion komplexer Formen.

4. Aktuelle Anwendungen und Fallstudien

Batteriegehäuse aus Kohlefaser haben sich in mehreren Bereichen weiterentwickelt:

• ​Elektrofahrzeuge: Kohlefaser-Batteriepacks erreichen eine hohe Energiedichte.
• ​Luft- und Raumfahrt: Wird in Flugzeugbatteriegehäusen verwendet, um den Treibstoffverbrauch zu senken und die Nutzlast zu erhöhen.
• ​Energiespeicherung: Wird in Wind-/Solarenergiespeichern eingesetzt, um Netzschwankungen zu stabilisieren.

5. Herausforderungen und zukünftige Richtungen

1. ​Aktuelle Einschränkungen​

   • ​Geringe Energiedichte: Struktur-Kohlefaserbatterien erreichen derzeit eine geringere Energiedichte im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien.
   • ​Hohe Kosten: Kohlefaser kostet mehr als Aluminium und Stahl.
   • ​Komplexe Verarbeitung: Erfordert Präzisionsausrüstung.

2. ​Trends der Zukunft​

   • ​Multifunktionale Integration: Beispiele hierfür sind Strukturbatterien, die Energiespeicher in Kohlefasermatrizen einbetten.
   • ​Kostensenkung: Skalierung der Produktion und Verbesserung der Recyclingtechnologien.
   • ​Hybride Materialien: Kombination von Kohlefaser mit anderen Materialien, um Leistung und Kosten in Einklang zu bringen.

Schlussfolgerung

Batteriegehäuse aus Kohlefaser bieten erhebliche Vorteile in Bezug auf Leichtbau, Sicherheit und Designflexibilität, stehen aber vor Herausforderungen in Bezug auf Energiedichte und Kosten. Mit Fortschritten in der Fertigung und Materialwissenschaft sind sie bereit, zu Mainstream-Lösungen für Elektrofahrzeuge, Luft- und Raumfahrt und Energiespeicherung zu werden.