Am 19. Mai gab das japanische Unternehmen Toray die Entwicklung einer Hochleistungs-Wärmeübertragungstechnologie bekannt, die die Wärmeleitfähigkeit von Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen auf das Niveau von Metallen verbessert. Die Technologie leitet die im Material entstehende Wärme effektiv über einen internen Pfad nach außen ab und trägt so dazu bei, die Alterung von Batterien im mobilen Transportsektor zu verlangsamen.
Kohlenstofffasern sind für ihr geringes Gewicht und ihre hohe Festigkeit bekannt und werden heute in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, im Bauwesen, bei Sportgeräten und in der Elektronik eingesetzt. Im Vergleich zu Legierungen stellt die Wärmeleitfähigkeit jedoch seit jeher eine Schwäche dar, an deren Verbesserung Wissenschaftler seit vielen Jahren arbeiten. Insbesondere im Zuge der rasanten Entwicklung von Elektrofahrzeugen, die Vernetzung, Sharing, Automatisierung und Elektrifizierung fördern, sind Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoffe zu einem unverzichtbaren Bestandteil für Energieeinsparung und Gewichtsreduzierung der entsprechenden Komponenten, insbesondere von Batteriepacks, geworden. Daher ist es zunehmend dringlich, die Schwächen von CFK zu beheben und seine Wärmeleitfähigkeit effektiv zu verbessern.
Bisher hatten Wissenschaftler versucht, Wärme durch das Aufbringen von Graphitschichten zu leiten. Die Graphitschicht neigt jedoch dazu, zu reißen, zu splittern und beschädigt zu werden, was die Leistungsfähigkeit von Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen beeinträchtigt.
Um dieses Problem zu lösen, entwickelte Toray ein dreidimensionales Netzwerk aus porösem CFK mit hoher Härte und kurzen Kohlenstofffasern. Konkret dient poröses CFK als Stütze und Schutz der Graphitschicht und bildet so eine wärmeleitende Struktur. Anschließend wird CFK-Prepreg auf die Oberfläche aufgebracht. Dadurch wird eine Wärmeleitfähigkeit erreicht, die mit herkömmlichem CFK kaum zu erzielen ist und sogar die einiger Metalle übertrifft, ohne die mechanischen Eigenschaften zu beeinträchtigen.
Hinsichtlich Dicke und Position der Graphitschicht, also des Wärmeleitungsweges, hat Toray volle Gestaltungsfreiheit erreicht, um ein präzises Wärmemanagement der Bauteile zu gewährleisten.
Mit dieser patentierten Technologie behält Toray die Vorteile von CFK hinsichtlich geringem Gewicht und hoher Festigkeit bei und leitet gleichzeitig die Wärme von Akku und Elektronik effektiv ab. Die Technologie soll in Bereichen wie Mobilität, mobiler Elektronik und Wearables Anwendung finden.
Veröffentlichungsdatum: 24. Mai 2021
