Lithium Ionen Akkus - Umweltverträglichkeit und Alternativen
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Hey Titanwolf, danke für Deine Info. Hast Du einen Link zu Firmen die das machen? Ich kann mir nicht vorstellen, wie die die einzelnen Fasern vom Harz trennen.
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Nimm fürs Gehäuse, Kühlungskanäle und notwendige Trennwände Curv, dann kannst Du es, ggf. auch mit Wabensandwich, in reinem PP herstellen…
…und einfach schreddern zum Recycling.
Curv besteht aus verbackenem Polypropylen-Gewebe und besitzt bei niedriger Dichte eine hohe Steifigkeit, minimale Wasseraufnahme (< 0,01%) und sehr gute chemische Beständigkeit. Es ist ein sehr guter elektrischer Isolator mit relativ harter Oberfläche.
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Und was passiert mit dem Rest?
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Zurück nach 90 Minuten bergauf, bergab mit dem MTB.. schöne Runde. Bissl arg übertrieben.
Noch nicht ideal, andererseits lässt sich ein Matrixkunststoff nicht gleichzeitig resistent gegen die allermeisten Einflüsse und einfach recycelbar fertigen => Oxymoron.
Im Gegensatz zu den Fasern, welche problemlos erneut als Füllfasermaterial eingesetzt werden können, ist die Produktion des Epoxidharzes nicht derart energiefordernd und durch die modernen CFK-Fertigungsmethoden der geringere Gesamtanteil am Faserverbundwerkstoff (bis runter zu ca. 30% Harzanteil, wenn ich den Wert richtig im Kopf habe). Lt. dem unten verlinkten Video kommt es zu keiner "Verbrennung", sondern direkter Aufspaltung und Übergang in die Gasphase, was die übriggebliebenen Carbonfasern fast frei von Fremdmaterial übrig lässt.
Die noch nicht verarbeiteten (eingeharzten) Fasern werden bei industrieller Herstellung übrigens ebenfalls recycelt:
Er wird, wie die meisten Abfälle aus Harzmatrix "verheizt" als recht energiereicher Brennstoff. Dieses System ist derart gut einstellbar, dass zur Aufrechterhaltung der Pyrolyse bei modernen Anlagen keine oder nur geringfügige Brennstoffzusätze notwendig sind. Die Faserverbundmaterialreste "befreien sich selbst energetisch" vom Harz.
Noch nicht ideal, andererseits lässt sich ein Matrixkunststoff nicht gleichzeitig resistent gegen die allermeisten Einflüsse und einfach recycelbar fertigen => Oxymoron.
Im Gegensatz zu den Fasern, welche problemlos erneut als Füllfasermaterial eingesetzt werden können, ist die Produktion des Epoxidharzes nicht derart energiefordernd und durch die modernen CFK-Fertigungsmethoden der geringere Gesamtanteil am Faserverbundwerkstoff (bis runter zu ca. 30% Harzanteil, wenn ich den Wert richtig im Kopf habe). Lt. dem unten verlinkten Video kommt es zu keiner "Verbrennung", sondern direkter Aufspaltung und Übergang in die Gasphase, was die übriggebliebenen Carbonfasern fast frei von Fremdmaterial übrig lässt.
Die noch nicht verarbeiteten (eingeharzten) Fasern werden bei industrieller Herstellung übrigens ebenfalls recycelt:
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Was hältst Du denn vom Curv-Material von Propex?
Da ist Matrixwerkstoff und Verstärkungsfaser identisch, also werden quasi zwei gegensätzliche Materialanforderungen in eins gezwungen…
(…das hat dann schon eine gewisse Ähnlichkeit mit der Struktur eines Oxymorons ;-)
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Polypropylen-Verbund, hmm. Interessant, allerdings ist die Kombination von Matrix und Faseranteil keine neue Entwicklung: Carbonverstärkte Carbonfaser existiert schon eine Weile, für normale Einsatzzwecke leider unbezahlbar (ein kleines Spaceshuttleteil nach meiner Erinnerung 100.000 €).
Dort wird die Matrix durch Vernetzungen / Verzweigungen von -in- dem Faserkonstrukt eingebundenen Carbonfasern (wohl durch thermische Wandlung in Carbonfasern aus Ausgangsmaterial im Faserkonstrukt) gebildet. Dies resultiert in extremer Temperaturstabilität, Belastungsgrenzen und minimaler Masse. Die Fertigung ist aufwändig.
Das genannte Propex Curv wird für ballistische Westen eingesetzt, somit gehe ich von einer hohen Punktier-/Riss-/Splitterresistenz aus. Als ein Äquivalent zu stark überdehntem Nylon angenommen eine sehr interessante Entwicklung mit fertigungsseitig geringerem Aufwand und Kosten-/Energieeinsatz.
Nachteil dabei: in thermisch anspruchsvollen Bereichen > 120 - 160°C lässt sich ein reines Thermoplast kaum belastbar einsetzen.
Ein mit 60-80% Glas- oder Carbonfasern verstärktes Thermoplast ist je nach thermischer Resistenz und Isolation der Matrix evtl. noch nutzbar, Recycling leider deutlich aufwändiger.
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Naja, wir reden hier über Lithium Ionen Batterien, die sowieso einen engen Arbeitstemperaturbereich zwischen +15 und +45°C haben. Die Gefahr eines Thermal Runaways beginnt ab 60°C und wird ab 100°C extrem kritisch.
Also muss die Batterie sowieso in einem für curv geeigneten Temperaturrahmen gehalten werden. Doppelstegsandwichplatten aus Curv könnten zum Beispiel gut für ein inneres Wasserkühlsystem genutzt werden…
(…wir haben übrigens für‘s Velocar ein Probenpaket von Propex bekommen, das sehr vielversprechend ist ;-)
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Ahso, Du erwartest einen guten Einsatzbereich bei Li-basierten Zellen als Isolator / Distanzhalter? Da sehe ich keine Schwierigkeit.
Selbst bei 300°C+ am Höhepunkt eines evtl. funkensprühenden Thermal runaways wird m.M.n. ausreichend PP-Masse zwischen den einzelnen Zellen bestehen bleiben, um Berührung deren leitfähiger Außenhülle (alles darüber zersetzt sich bei 300°C schon fast.. oder reißt) zu vermeiden.
Allerdings leitet das Material die Wärme schlecht ab. Sofern wasserdurchflossen, kein Problem. Alu-Profiltrennwände mit integriertem WK-Tunnel sind halt sehr effizient. Es gibt (bei Tesla, BMW, VW, soweit ich weiß) Experimente mit stärker vergossenen Akkuzellen, welche fast "direkt" mit Wasser gekühlt werden. Ob eines davon bereits in Serie landete, kann ich nicht beurteilen.
Aluminiumgehäuse bei hochkapazitiven Akkuverbunden sind m.M.n. die bessere Wahl. Sowohl wärmedissipationsseitig, stabilisierend (gegen plastische Verformung des Gehäuses bei Crash bspw. - da wird PP wenig Vorteil bringen, denn Querverstrebungen sind selten integriert), bei immensem Thermal runaway nicht "einfach" schmelzend und die Stabilität einbüßend (trotz 1/3el der Schmelzpunkthöhe bedingt Alu ca. das 3fache an Leistung - auch durch höhere Wandstärke bei gleicher Masse, hauptsächlich durch Oberfläche / Wärmetransfer - um zu schmelzen).
Für spezifische interne Einsatzszenarien dennoch interessant, das PP-Matrix-Gewebekombinat. Meine Projektion war weniger spezifisch auf Akkulösungen bezogen, sondern eher das "Drumherum", bspw. Chassiskonstruktionen, welche die Akkulösung für sich bereits schützen.
Selbst bei 300°C+ am Höhepunkt eines evtl. funkensprühenden Thermal runaways wird m.M.n. ausreichend PP-Masse zwischen den einzelnen Zellen bestehen bleiben, um Berührung deren leitfähiger Außenhülle (alles darüber zersetzt sich bei 300°C schon fast.. oder reißt) zu vermeiden.
Allerdings leitet das Material die Wärme schlecht ab. Sofern wasserdurchflossen, kein Problem. Alu-Profiltrennwände mit integriertem WK-Tunnel sind halt sehr effizient. Es gibt (bei Tesla, BMW, VW, soweit ich weiß) Experimente mit stärker vergossenen Akkuzellen, welche fast "direkt" mit Wasser gekühlt werden. Ob eines davon bereits in Serie landete, kann ich nicht beurteilen.
Aluminiumgehäuse bei hochkapazitiven Akkuverbunden sind m.M.n. die bessere Wahl. Sowohl wärmedissipationsseitig, stabilisierend (gegen plastische Verformung des Gehäuses bei Crash bspw. - da wird PP wenig Vorteil bringen, denn Querverstrebungen sind selten integriert), bei immensem Thermal runaway nicht "einfach" schmelzend und die Stabilität einbüßend (trotz 1/3el der Schmelzpunkthöhe bedingt Alu ca. das 3fache an Leistung - auch durch höhere Wandstärke bei gleicher Masse, hauptsächlich durch Oberfläche / Wärmetransfer - um zu schmelzen).
Für spezifische interne Einsatzszenarien dennoch interessant, das PP-Matrix-Gewebekombinat. Meine Projektion war weniger spezifisch auf Akkulösungen bezogen, sondern eher das "Drumherum", bspw. Chassiskonstruktionen, welche die Akkulösung für sich bereits schützen.
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Den teuersten und ressourcenintensivesten Teil des Autos in 3-4 facher Stückzahl zu bauen, um ihn schnell wechseln zu können, halte ich nicht für besonders effizient.
Dann lieber kleinere Akkus und ein vernünftiges Schnellladenetz.
viele Grüße
Christoph
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.. Autos?
Die kompakteren Akkuverbunde ergeben sich daraus automatisch., Reichweite kann sogar ansteigen.
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Und jetzt überleg mal, wieviele Batteriekapazität in den E-Panzern mit 500-700 kg Akkus 90% des Jahres vom Fahrer überhaupt nicht genützt wird. Was das wieder für eine sinnloses Parken von Ressourcen ist....
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Der Nutzungsgrad von Automobil-Maschinen ist ohnehin unter aller Kanone.
Jack-Lee
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Da aber auch bei Wechselakkus immer ein Akku im Fahrzeug verbleibt, wäre es wohl sinnvoller die Kisten möglichst oft ans Netz an zu schließen und diese als Puffer zu nutzen. Dafür gibts dann eine gewisse Entschädigung.
@labella-baron : Ja, werden halt nur ca. 1/50tel des Tages überhaupt benutzt.
@labella-baron : Ja, werden halt nur ca. 1/50tel des Tages überhaupt benutzt.
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Und sind dann im Schnitt mit 1-2 von 5 möglichen Personen besetzt.
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Der könnte dann aber kleiner sein, ohne das der Fahrer an Reichweitenangst zugrunde gehen muss.... Aber Nutzung als Netzpuffer ist natürlich wünschenswert, unabhängig von der Akkugröße
Jack-Lee
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@TimonG Die Reichweitenangst ist ansich aber schon recht unbegründet. Wenn man 600km fahren muss, sollte man allein aus gesundheitlichen und sicherheitstechnischen Aspekten eine Pause einplanen. Und in den 30min ist der Akku wieder voll. Der Aufwand von Akkuwechselstationen und vorallem die Dauer eines solchen wechsels wird von Laien meist genauso gern unterschätzt, wie die Nachteile von H2...