Auf der Suche nach dem optimalen Zellformat

Die Bedeutung von elektrochemischen Speichersystemen nimmt zu. Diese Speichermedien werden unter anderem bei der Herstellung von Computern und Smartphones oder von Elektrofahrzeugen und Elektrowerkzeugen eingesetzt. Mit zylindrischen und prismatischen Zellformaten und der Pouchzelle stehen unterschiedliche Versionen zur Auswahl. Während in einigen Ländern in Asien und in den USA Zellherstellungs- und Automobilstandorte in engem Verbund angesiedelt wurden, sind deutsche Automobilfirmen trotz Zuwächsen bei europäischen Herstellern stark vom Import aus Asien abhängig. Die Entwicklung und Produktion von Speichermedien in Deutschland und Europa hat nicht nur aus Kostengründen, betrachtet man die hohen Transportkosten durch die Einstufung als Gefahrstoff, sondern auch aus strategischer Sicht eine große Bedeutung.

Während die Lebensdauer bei allen Batteriezellformaten mit gut bewertet wird, schneiden die prismatischen und zylindrischen Versionen im Vergleich zur Pouchzelle vor allem bei der volumetrischen Energiedichte auf Zellebene schlechter ab. Die Einhausung ist bei der Pouchversion flexibel, was gegenüber einer harten Hülle aus vernickeltem Stahl oder Aluminium für eine bessere Raumausnutzung im verbauten Zustand sorgt. Ob zylindrisch, prismatisch oder Pouch – die Auswahl des richtigen Batteriezellformats ist entscheidend und von der jeweiligen Anwendung abhängig. Mit dem Ausbau der Elektromobilität wird der Bedarf an Batteriezellen weltweit weiter steigen. Laut Martin Doppelbauer, dem Autor des Fachbuches "Grundlagen der Elektromobilität", entscheiden sich die meisten Hersteller bei der Produktion ihrer Elektroautos für den Einsatz von Pouchzellen.

Bei näherer Betrachtung der Pouchzelle fällt die Hülle aus einer Kunststoff-Aluminium-Verbundfolie auf. Alle Komponenten sind darin sicher verwahrt, die Seiten zuverlässig versiegelt. Diese dichte äußere Hülle, auch "Coffee-Bag" genannt, sorgt für eine hohe Packdichte bei gleichzeitig äußerst geringen Abmessungen und minimalem Gewicht. Die Energiedichte der Zellen ist vergleichsweise hoch, die Herstellungskosten sind gering. Dank flexibler Hülle können die Zellen effizient und mit optimaler Ausnutzung des vorhandenen Raumes eingesetzt werden, sie lassen sich gut stapeln und kühlen.

Die Dichtigkeit bei der Herstellung von Pouchzellen hat oberste Priorität. Neben der Auswahl der optimalen Folie ist die Verwendung eines effizienten Siegelgeräts entscheidend. In Forschung & Entwicklung oder bei der Herstellung von Kleinstserien werden zur dichten Versiegelung der Zellen verschiedene Heißsiegelgeräte aus dem Hause KOPP eingesetzt. Zur Verfügung stehen je nach Einsatzgebiet unterschiedliche Geräte, die sich in der Handhabung oder Nahtausprägung unterscheiden. Die Handsiegelzangen der Reihe HZ mit einstellbarer Siegeltemperatur sind wahlweise mit längsgerillten oder glatten Siegelschienen erhältlich. Das Heißsiegelgerät HSG kann mit Siegelschienen ausgestattet werden, die Unebenheiten ausgleichen, so dass das Einsiegeln von Ableitern möglich ist. Sind genau definierte und kalibrierte Parameter für Siegeltemperatur, Siegelzeit und Schließkraft gefordert, dann empfiehlt sich der Einsatz des Laborsiegelgeräts SGPE3200. Bei allen Geräten werden zuverlässig dichte Siegelungen erzielt.

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