Composite Batteriewannen aus Holz-Stahl-Hybridstrukturen

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Holz-Stahl-Hybridstrukturen könnten bald eine wichtige Rolle in der Konstruktion von Batteriegehäusen spielen. Das Forschungsprojekt „Bio!LIB“ im Automobil-Cluster der oberösterreichischen Standortagentur Business Upper Austria hat gezeigt, dass diese ungewöhnliche Materialkombination nachhaltig ist.

Batteriegehäuse in Elektrofahrzeugen bestehen derzeit hauptsächlich aus Stahl, Aluminium oder einer Kombination beider Materialien. Der regionale, biobasierte Rohstoff Holz ist eine vielversprechende Alternative. Eine gute Schwingungsdämpfung, geringe Wärmeleitfähigkeit, hohe spezifische Steifigkeit und Stoßenergieaufnahme sowie einen deutlich reduzierten ökologischen Fußabdruck zählen dabei zu seinen Eigenschaften für den Einsatz in Batteriegehäusen.

Holz-Stahl-Kombination: Neue Möglichkeiten für die Konstruktion von Batteriegehäusen

Das Forschungsprojekt „Bio!LIB“ hat Holz-Stahl-Hybridstrukturen als Lösungen für Batteriegehäuse untersucht und zeigt: „Die Kombination von Holz und Stahl in sogenannten Hybridstrukturen eröffnet neue Möglichkeiten für die Konstruktion von Batteriegehäusen und Fahrzeugstrukturen“, sagt Gerald Warter, Projektmanager im Automobil-Cluster. Am Forschungsprojekt beteiligten sich die TU Graz, die W.E.I.Z. Forschungs & Entwicklungs gGmbH, die BOKU Wien und die Universität Graz, der Automobil-Cluster der oberösterreichischen Standortagentur Business Upper Austria sowie die Unternehmen Weitzer Woodsolutions, FILL und BUFO technology.

Die im Projekt „Bio!LIB“ entwickelten Holz-Stahl-Hybridträger bestehen aus dünnen Stahlblechen und Kernen aus heimischen Hölzern wie Birke, Pappel oder Paulownia. Sie zeigten in Crashtests außergewöhnliche Leistungen. In Biegebelastungstests, die beispielsweise einen seitlichen Pfahlaufprall simulierten, wiesen die Hybridstrukturen eine bis zu 2,5-mal höhere Energieabsorption als herkömmliche Mehrkammer-Aluminiumprofile bei gleicher Masse und Abmessungen auf. „Diese Ergebnisse unterstreichen das enorme Potenzial von Holz-Stahl-Hybriden in der Automobilindustrie", erklärt der Projektleiter Florian Feist von der TU Graz. „Sie bieten nicht nur eine nachhaltige Alternative zu konventionellen Materialien, sondern übertreffen diese sogar in kritischen Sicherheitsaspekten."

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Umweltfreundliche Kork-Kompositbauteile entwickelt

Das Projektteam entwickelte einen Prototypen, in dem auch Kork als naturfaserverstärkter Kompositwerkstoff zum Einsatz kam. „Mit Hardcork ist es gelungen, umweltfreundliche Kork-Kompositbauteile für die Anwendung in Batteriegehäusen zu entwickeln, die beim Brandschutz überzeugen und zu 80 Prozent aus nachwachsenden pflanzlichen Rohstoffen hergestellt sind“, betont Patricia Caleffa von BUFO technology.

Nicht nur der Brandschutz wurde erhöht: Behandlungsmethoden wie Acetylierung und Furfurylierung verbesserten die Widerstandsfähigkeit gegen Umwelteinflüsse erheblich. Acetylierung bezeichnet in der organischen Chemie den Austausch eines Wasserstoffatoms durch eine Acetylgruppe Bei der Furfurylierung wird Holz mit Furfurylalkohol behandelt, um dessen Eigenschaften zu verbessern. „Zusammen mit früheren Erkenntnissen über die günstige Schwingungsdämpfung und das Brandverhalten führt das zur Schlussfolgerung: Holz-Stahl-Verbundwerkstoffe sind eine realistische, praktikable und umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Aluminiumwerkstoffen“, sagt Feist.

Folgeprojekt setzt auf Leichtbau mit Holz und Kork

Das Nachfolgeprojekt „SMADBatt“ vertieft die Ergebnisse weiter. Dem Projektteam sind nun die AVL List GmbH und Wood Kplus – Kompetenzzentrum Holz beigetreten. Projektleiter Georg Baumann von der TU Graz betont: „Wir konzentrieren uns auf ein ausgeklügeltes Thermomanagement, einen hohen Sekundärrohstoffanteil, die Demontierbarkeit und Recyclingfähigkeit sowie einen möglichst geringen CO2-Fußabdruck.“ Das Projekt setzt auf Leichtbau mit Holz und Kork, um den CO2-Fußabdruck weiter zu minimieren und die Kreislauffähigkeit zu maximieren.

„Die Weitzer Woodsolutions GmbH und das Innovationszentrum W.E.I.Z. in der Steiermark setzen seit mehr als zehn Jahren einen Schwerpunkt auf regionale Rohstoffe und Schlüsseltechnologien für nachhaltigen, holzbasierten Leichtbau. Das Projekt ‚SMADBatt‘ ist dabei ein weiterer Schritt auf dem Weg zur nachhaltigen Transformation der Mobilität", sagt Bernadette Karner vom W.E.I.Z. Paul Krassnitzer von der Universität Graz ergänzt: „Durch das Ersetzen von Materialien mit hohen Umweltauswirkungen beim Gewinnen und Herstellen unterstützen solche innovativen Konzepte den Übergang zu einer kreislauforientierten Bioökonomie.“

Leichtbau und Nachhaltigkeit durch den Einsatz von Holz – daran ist auch die AVL List GmbH interessiert, wie Alexander Harrich betont: „Gerade bei Komponenten von elektrifizierten Fahrzeugen besitzen nachhaltige Technologien einen hohen Stellenwert für die Mobilität der Zukunft.“ Gerald Warter ergänzt: „Das Projekt ‚SMADBatt‘ könnte also den Weg für nachhaltigere und effizientere Elektrofahrzeuge ebnen und zeigen, dass innovative Materialkombinationen überraschende Lösungen für die Herausforderungen der Zukunft liefern können.“

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