Der chinesische Batteriehersteller Farasis Energy stellt eine neue Sicherheitstechnologie für Pouch-Zellen mit hoher Energiedichte vor. Die Technik soll das thermische Durchgehen im Schadensfall verhindern.

Die Energiedichte von Zellen wurde in den letzten Jahren deutlich erhöht, um größere Reichweiten zu ermöglichen. Doch mit zunehmender Energiedichte steigen auch die Gefahren im Falle eines thermischen Durchgehens. 

Keine thermische Propagation: Simulation an einem Sechs-Zellen-Mini-Module

Keine thermische Propagation: Simulation an einem Sechs-Zellen-Mini-Modul und Testergebnisse

Wenn Lithium-Ionen-Zellen eine bestimmte Temperatur überschreiten oder beschädigt werden, bildet sich eine beträchtliche Menge an Gas, und die Temperaturen steigen bis auf 1.000 Grad Celsius und mehr, schreibt Farasis. Bei größeren Zellen löst dies in der Regel eine Kaskadenreaktion auf Modul- und Pack-Ebene aus, die so genannte thermische Propagation. 

Um die dadurch bedingte Gefahr für die Insassen zu minimieren, müssen Autohersteller aufgrund der neuen Gesetzgebung (GB 38031-2020 seit dem 1. Januar 2021, ECE R100 Rev3 verpflichtend ab dem 1. September 2023) gewährleisten, dass ihre Elektrofahrzeuge dem thermischen Durchgehen für mindestens fünf Minuten standhalten. Dies soll den Insassen Zeit geben, das Fahrzeug zu verlassen. Und künftig müssen Autos dem Runaway höchstwahrscheinlich sogar für unbegrenzte Zeit standhalten.

Farasis hat nun ein Modul für seine neueste Zell-Generation entwickelt, die Generation 4. Diese Zellen können in der "Ultra High Power"-Variante Energiedichten von bis zu 300 Wattstunden pro Kilo und 692 Wattstunden pro Liter erreichen. Das neue Modul soll den Runaway bei Hochenergie-Pouchzellen mit nickelreicher Chemie (NMC 811, also 80 Prozent Nickel, und mit noch höherem Nickelgehalt) stoppen können. 

Die Entwicklung dieses sichereren Moduls mit Pouch-Zellen ist umso wichtiger, als viele Experten glauben, dass die dünnwandigen, flexiblen Zellen in puncto Sicherheit gegenüber Hard-Case-Zellen (das heißt prismatischen und zylindrischen Zellen) im Nachteil sind.

Das thermische Durchgehen auf Pack-Ebene mit der Generation-1-Zellchemie von Farasis zu verhindern, ist bereits vor einiger Zeit gelungen. Doch nun gelang es, die Reaktion bei Pouch-Zellen bereits bei einer geringen Anzahl von Zellen zu stoppen, und das sogar bei nickelhaltigen Zellchemien.

Keine thermische Propagation: Simulation des Ausgasens

Keine thermische Propagation: Simulation des Ausgasens

Die optimierten Pouch-Zellen von Farasis sind nicht nur besonders sicher, sie bieten auch weitere Vorteile gegenüber prismatischen Zellen. So können kleinere Zellen ohne großen Aufwand hergestellt werden, wodurch weniger schwierige Entgasungssituationen auf Pack-Ebene entstehen. Außerdem ist das Gas während des Entgasungsvorgangs weniger konzentriert, erklärt der Batteriehersteller.

Die neue Zellchemie von Farasis sorgt nicht nur für eine höhere Energiedichte und damit mehr Reichweite. Das optimierte Design soll die Module und Packs auch besonders sicher machen. So sollen alle aktuellen gesetzlichen Anforderungen an die Batteriesicherheit erfüllt werden.

Die Wirksamkeit der Technik wurde von unabhängigen Laboren auf Modul- und Pack-Ebene getestet und bestätigt, schreibt der Batteriespezialist. Die Serienproduktion der sicherheitsoptimierten Batteriemodule und -packs von Farasis ist für 2025 geplant. Ein Umstieg von aktuellen Batteriepacks auf Packs mit angepassten Modulen soll ohne wesentliche Designänderungen und ohne Produktionsumstellung möglich sein.

Farasis ist ein Spezialist für Pouch-Zellen. Das 2002 in Kalifornien gegründete Unternehmen betreibt Forschungs- und Entwicklungszentren in China, Deutschland und den USA. Produziert werden die Zellen bislang aber ausschließlich in China, nämlich in Ganzhou und Zhenjiang. Zwei weitere Werke entstehen zurzeit in Wuhu und Anning. Eine fünfte Produktionsstätte ist als Joint Venture mit Togg im türkischen Gemlik im Aufbau. Ab 2025 will Farasis jährlich Batteriezellen mit einer Speicherkapazität von 140 Gigawattstunden bauen. Zur Kundschaft zählen neben Togg auch Mercedes und Geely.