Jörg Moser (links) und Christian Ellersdorfer vom Institut für Fahrzeugsicherheit der TU Graz im Battery Safety Center (Bild: www.lunghammer.at)
Im Jahr 2030 werden weltweit etwa 1,2 Millionen Batterien elektrisch angetriebener Autos, Busse und Baumaschinen ausgemustert, weil sie das Ende der geplanten Lebensdauer erreichen, die Gewährleistung abläuft oder die Fahrzeuge verschrottet werden. Schon 2040 sollen rund 14 Millionen ausgediente Batterien anfallen. Das Recycling der Materialien ist teuer und technisch anspruchsvoll. Besser und nachhaltiger wäre eine Weiterverwendung der Batterien, etwa als stationärer Stromspeicher. Dafür ist eine fundierte Bewertung der verbleibenden Leitungsfähigkeit und der Sicherheit nötig. An der TU Graz haben Forschende des Instituts für Fahrzeugsicherheit nun erste Parameter ermittelt, anhand derer sich der Zustand ausrangierter Batterien zuverlässig bewerten lässt.
13 Indikatoren charakterisieren den Alterungsprozess
Bislang dienen die verringerte Ladekapazität und die Zunahme des Innenwiderstands als Hinweis auf den Zustand einer gebrauchten Batterie. Für eine Entscheidung über eine mögliche Second-Life-Verwendung reicht das aber nicht. Daher haben die Forscher Lithium-Ionen-Zellen, die in Fahrzeugen unter realen Bedingungen im Einsatz waren, und baugleiche, neuwertige Exemplare im Labor untersucht. Während reproduzierbarer Lade- und Entladezyklen haben sie 31 verschiedene Messwerte erhoben und anschließend überprüft, wie gut diese den Alterungszustand der Batterien repräsentieren. 13 dieser Indikatoren stellten sich als aussagekräftig heraus – dazu gehören etwa die Lade- und Entlade-Kapazität, die Temperaturdifferenz der Pole während des Ladevorgangs oder das Relaxationsverhalten der Batteriezelle nach dem Ladevorgang.
Anhand dieser Indikatoren können die Forscher auf den Stand der Alterung von Lithium-Ionen-Batterien schließen und erste Rückschlüsse auf unterschiedliche Nutzungsprofile ziehen, ohne dabei auf datenschutzkritische Informationen zur Nutzungshistorie der Akkus angewiesen zu sein. So lässt sich entscheiden, ob eine Batterie prinzipiell für eine Weiterverwendung in einem bestimmten Einsatzbereich in Frage kommt.
Sicherheitsbewertung als nächster Schritt
Fehlt noch die Bewertung des Sicherheitszustands. Denn im Laufe des ersten Batterielebens kommt es zu chemischen Veränderungen der Materialien, was sich auf deren sichere Verwendung auswirken kann. Im Comet-Projekt SafeLIB am Institut für Fahrzeugsicherheit arbeitet ein Konsortium aus Forschungseinrichtungen sowie Automobil- und Technologieunternehmen an der sicherheitsrelevanten Bewertung neuer und gebrauchter Lithium-Ionen-Batterien. Mit ersten Ergebnissen ist bis Ende des Jahres zu rechnen.
Bis gebrauchte Batterien auf breiter Basis in nachfolgenden Anwendungen zum Einsatz kommen und so die Elektromobilität über den gesamten Lebenszyklus betrachtet noch nachhaltiger wird, dürften noch einige Jahre vergehen. Denn auch neue Speichermaterialien, die Sicherheit unterschiedlicher Batterietechnologien, die Wirtschaftlichkeit von Second-Life-Anwendungen und juristische Fragen zu Datenschutz, Gewährleistung oder Haftung sind zu beachten.
