Entwicklung hochgefüllter Hybridwerkstoff-Schaumsysteme für Hochvolt-Batterieanwendungen

Titelangaben

Hoffmann, Michael Johannes:
Entwicklung hochgefüllter Hybridwerkstoff-Schaumsysteme für Hochvolt-Batterieanwendungen.
Bayreuth , 2026 . - XIII, 175 S.
( Dissertation, 2026 , Universität Bayreuth, Fakultät für Ingenieurwissenschaften)

Volltext

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Abstract

Die vorliegende Dissertation behandelte die Entwicklung und Optimierung neuartiger Hybridschaumsysteme auf Basis von Polyurethan- sowie Polysilazanen für Anwendungen in batterieelektrischen Speichersystemen. Im Mittelpunkt stand die systematische Untersuchung von Zusammenhängen zwischen Materialzusammensetzung, Verarbeitungsverhalten und resultierenden Eigenschaften mit dem Ziel, leistungsfähige und zugleich wirtschaftliche Werkstofflösungen zu erschließen. Ein Schwerpunkt der Arbeit lag auf der Analyse des Reaktions- und Schaumbildungsverhaltens. Es konnte gezeigt werden, dass sich zentrale Materialeigenschaften gezielt über die chemische Zusammensetzung und den Einsatz funktioneller Additive einstellen ließen. Darauf aufbauend wurde die Übertragbarkeit dieser Erkenntnisse auf hochgefüllte Materialsysteme (Füllgehalt > 70 Gew.-%) untersucht, wobei insbesondere der Einfluss von Füllstoffen auf Verarbeitung, Mikrostruktur und resultierende Eigenschaften herausgearbeitet wurde. Die entwickelten Materialien wurden umfassend hinsichtlich ihres mechanischen, thermischen und funktionalen Verhaltens charakterisiert und im Hinblick auf ihre Eignung für technische Anwendungen bewertet. Darüber hinaus wurde die industrielle Verarbeitbarkeit unter praxisnahen Bedingungen demonstriert und durch die Identifikation stabiler Prozessfenster abgesichert. Ergänzend kam ein datengetriebener Ansatz zum Einsatz, der eine modellbasierte Vorhersage und gezielte Optimierung von Materialeigenschaften ermöglichte. Insgesamt lieferte die Arbeit grundlegende Erkenntnisse zur Entwicklung hybrider Schaumsysteme und schuf eine fundierte Basis für deren weiterführende Anwendung und Optimierung in unterschiedlichen technischen Kontexten.

Abstract in weiterer Sprache

The present dissertation addressed the development and optimization of novel hybrid foam systems based on polyurethane and polysilazanes for applications in battery-electric energy storage systems. The focus was on the systematic investigation of relationships between material composition, processing behavior, and resulting properties, with the aim of establishing high-performance yet cost-effective material solutions. A central aspect of the work was the analysis of reaction and foaming behavior. It was demonstrated that key material properties could be specifically tailored through the chemical composition and the use of functional additives. Building on this, the transferability of these findings to highly filled material systems (filler content > 70 wt.%) was investigated, with particular emphasis on the influence of fillers on processing, microstructure, and resulting properties. The developed materials were comprehensively characterized with respect to their mechanical, thermal, and functional performance and evaluated regarding their suitability for technical applications. Furthermore, industrial processability was demonstrated under application-relevant conditions and supported by the identification of stable processing windows. In addition, a data-driven approach was employed, enabling model-based prediction and targeted optimization of material properties. Overall, this work provided fundamental insights into the development of hybrid foam systems and established a solid basis for their further application and optimization across various technical contexts.