Ausgediente Lithium-Ionen-Batterien aus Elektrofahrzeugen können ein Second Life als Energiespeicher haben. Daten aus dem BMS können dabei helfen, die Restlebensdauer der Batterie genau zu bestimmen. (Bild: Adobe Stock 248626760, malp).

Ausgediente Lithium-Ionen-Batterien aus Elektrofahrzeugen können ein Second Life als Energiespeicher haben. Daten aus dem BMS können dabei helfen, die Restlebensdauer der Batterie genau zu bestimmen. (Bild: Adobe Stock 248626760, malp).

Nach Angaben des Weltwirtschaftsforums wurden im Jahr 2020 insgesamt 2,3 Millionen Elektrofahrzeuge (EV) verkauft. Dies ist gegenüber dem Stand von vor nur fünf Jahren eine Vervierfachung. Getrieben wird diese Verschiebung durch die Nachfrage der Konsumenten, die wachsende Ladeinfrastruktur sowie die Vorschriften, die von Städten und Ländern zugunsten der Elektrifizierung erlassen wurden. Als umweltfreundliche Alternative zu Verbrennungsmotoren propagiert, haben EVs jedoch eine Schwachstelle, denn es stellt sich die Frage, was mit einer Batterie passiert, wenn sie nicht mehr genügend Ladung speichern kann, um ein Fahrzeug anzutreiben.

Die gängigste Option ist heute die Wiederaufbereitung, also das Recycling. Dabei lassen sich einige – allerdings keineswegs alle – Rohmaterialien wie etwa Kobalt und Lithium wieder zurückgewinnen. Das Recycling aber ist nicht nur teuer und unreguliert, sondern es fehlt auch noch an einer klar definierten Lieferkette. Überdies geht das Institute for Energy Research davon aus, dass sich bis 2025 weltweit mehr als 3,4 Millionen verbrauchte EV-Batterien angesammelt haben werden, während es 2018 nur 55.000 waren.

Wiederverwertung geht vor Wiederaufbereitung

Eine Alternative zum Recycling ist die Wiederverwendung von Batterien. Dabei wird zunächst ermittelt, welche Zellen eines Batteriesatzes noch genügend Ladung speichern können. Anschließend wird der Batteriesatz zerlegt und die noch brauchbaren Zellen werden zu einer neuen Batterie zusammengebaut. Mit dieser Alternative zur Wiederaufbereitung – genauer gesagt, eigentlich ein Zwischenschritt – erhalten Batterien ein „zweites Leben“. Ist die Kapazität einer Lithium-Ionen-Batterie auf 70 bis 80 Prozent ihres ursprünglichen Werts gefallen, was normalerweise frühestens nach acht bis zehn Jahren der Fall ist, kann die Batterie das Fahrzeug nicht mehr effizient versorgen und ist zu ersetzen. Das wachsende Angebot an verbrauchten Batterien lässt auf dem Markt eine neue Chance entstehen, die unter dem Schlagwort Second Life bekannt ist.

Da der Batteriesatz einen Anteil von über 30 Prozent am Verkaufspreis eines Elektrofahrzeugs ausmacht, gibt es für Batteriehersteller, Automobilhersteller, Regulierungsbehörden und sogar Versicherungsunternehmen echte wirtschaftliche und ökologische Anreize, einen sekundären Markt zu fördern. Der direkteste Weg existiert in Energiespeichersystemen, in denen sich die noch intakten Zellen eines benutzten Akkusatzes einer neuen Verwendung zuführen lassen, um überschüssige Energie aus Wind, Sonne, Wasserkraft oder Geothermie zu speichern. Ebenso lassen sich EV-Batterien zerlegen und zu kleineren Batteriemodulen für weniger anspruchsvolle Anwendungen wie etwa Elektrowerkzeuge, Gabelstapler oder E-Scooter zusammenbauen.

Was kabellose Battery Monitoring Systeme (BMS) bringen

Ganz frei von Hindernissen bezüglich der Technologie, der Qualitätskontrolle und der Umsetzung ist der entstehende Markt für Second-Life-Batterien indes nicht. Zum Beispiel enthalten heutige EV-Batterien eine elektrische Verkabelung, um den Ladezustand der Batterie überwachen zu können. Da diese und weitere Kabelstränge entfernt werden müssen, bevor die Batterie einer neuen Verwendung zuführbar ist, entstehen Mehrkosten, und das Design verkompliziert sich. Im Rahmen eines zunehmenden Trends in der Produktentwicklung, das die am Ende der Nutzungsdauer erfolgende Demontage bereits berücksichtigt, können Entwickler anstatt fest verdrahteten BMS-Lösungen (Battery Monitoring System) kabellose BMS-Konzepte (wireless BMS, wBMS) einsetzen. Kabellose BMS-Lösungen verringern nicht nur die Abmessungen, das Gewicht und die Materialkosten von Elektrofahrzeugen, sondern lassen auch ein Montieren oder Demontieren von Akkusätzen durch Roboter zu, was mehr Sicherheit bietet und besser skalierbar ist.

Aufbereitung der Batterie

Die kabellose BMS-Technologie erlaubt eine kontaktlose, skalierte Bestands-Charakterisierung, um bei der schnellen Entscheidung zwischen Wiederverwendung und Wiederaufbereitung zu helfen. Sobald mithilfe von State-of-Health-Daten, die beispielsweise mit wBMS-Lösungen erfasst wurden, die Wahl zwischen Wiederverwendung und Recycling getroffen ist, können Käufer und Verkäufer eine standardisierte Vertrauensebene etablieren und den Wert einer Batterie auf faire Weise ermitteln, bevor sich auf einen Verkaufspreis geeinigt wird. Die Industrie könnte sogar einen Bewertungsstandard erarbeiten, um eine wenig benutzte Batterie mit dem Rating „AAA“ von einer stark verbrauchten Batterie zu unterscheiden.

Fazit

Der Bereich der Second-Life-Batterien ist ein sehr wertvoller Zwischenschritt vor dem Recycling, aber sein Erfolg hängt in hohem Maße davon ab, wie ganzheitlich die Erst- und Zweitverwendungen der Batterien betrachtet werden. Das Design der Batterie und des BMS muss auf die gesamte Nutzungsdauer ausgerichtet sein. Hierfür müssen möglicherweise Batterie-Zulieferer und Automobilhersteller gleichermaßen ihre Herangehensweise überdenken, aber langfristig können sie eine wichtige Rolle bei der Schaffung eines ökologisch nachhaltigen und ökonomisch tragbaren neuen Marktzweigs spielen. (na)

Autorin

Gina Aquilano, ADI (Bild: ADI)
Gina Aquilano, ADI, (Bild: ADI)

Gina Aquilano ist Director of Technology, Automotive, bei Analog Devices

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