CNT-Flächenheizung

CNTs sind leitfähige Fasern aus Kohlenstoff mit einem Durchmesser im Nanometerbereich. Aufgrund ihres hohen Aspektverhältnisses von 1000 und mehr, eignen sie sich besonders als leitfähige Additive in verschiedenen Kunststoffen und Lacken. CNTs verbessern nicht nur die mechanischen Eigenschaften von Werkstoffen, sondern erhöhen auch deren elektrische und thermische Leitfähigkeit. Durch maßgeschneiderte Prozesse können mit Carbon Nanotube optimierte Materialien entwickelt werden, die elektrisch leitfähig sind und auch bei niedrigen Spannungsbereichen eingesetzt werden können.

Diese leitfähigen Komposite können auf verschiedenste Oberflächen aufgebracht und als flächige Heizelemente eingesetzt werden. Dabei kommen gängige Beschichtungstechniken wie z. B. Siebdruck oder Sprühbeschichten zum Einsatz.

Neben den sehr guten elektrischen Eigenschaften, die mit den CNT Heizelementen erzielt werden, gibt es einen gewissen Vorteil gegenüber den anderen konventionellen Heizelementen – die Formvielfalt wie das CNT Material eingesetzt werden kann. Das CNT Material kann in Form einer umweltfreundlich wasserbasierter Dispersion als Farbe oder Lack aufgetragen werden, in unterschiedliche Matrizen anderen Materialien eingearbeitet werden und dadurch zusätzliche Funktionalitäten erreichen. So kann das CNT Material in Cellulose eingearbeitet und somit leichte, flexible Heizelemente in Endlosmaßstab produziert werden. Des Weiteren kann es in unterschiedliche Thermoplaste eingearbeitet werden womit durch Extrusion bzw. Spritzguss exakte Formen hergestellt werden können, die an benötigten Stellen zusätzliche Funktionalität, in Form von mechanischer Verstärkung oder elektrischer Leitfähigkeit aufweisen können.

Die Vorteile der Heizelemente auf Basis von CNTs

• Gleichmäßige Wärmeverteilung über die gesamte Fläche
• Ressourcen schonend, da kein Kupfer oder andere Metalle für das Heizelement benötigt werden
• Geringe Wärmekapazität – die entwickelte Wärme wird schnell weitergeleitet. Wärmequelle aber kein Wärmespeicher
• Kurze Reaktionszeit – schnelle Aufwärmung und kurze Abkühlzeiten der CNT Heizschicht
• Kleine Stückzahlen, viele unterschiedliche Produkte
• Vielfalt an Flächenheizleistung
• kleinerer Aufbau

Nutzen für den Kunden

• Automatisierungsgrad verbessern und erhöhen
• Gewichtsreduzierung
• Kostensenkung
• komplexe Oberflächen
• Flexibilität bei hoher Anzahl an Produkten mit unterschiedlichen Heizleistungen

Durch die langjährigen Tätigkeiten im Bereich der CNT-Anwendungen hat sich beim Fraunhofer IPA, insbesondere im Bereich der Dispergierung von Nanoskaligem Kohlenstoff angesammelt. Diese Erfahrungen kommen bei der Entwicklung von Heizsystemen für Elektroautos besonders zu tragen.

Im Rahmen der weiteren Forschungs- und Entwicklungsarbeiten wird an neuen Konzepten für das Thermomanagement am All-Electric-Vechicle weiter entwickelt.