24.06.2015 |Erkenntnisse aus dem Leben einer Batterie

Etwa 5000 reine Elektro-Autos sind in Deutschland zugelassen. Ein Armutszeugnis für die Auto-Nation Nummer Eins? Ein wichtiger Grund für die geringe Akzeptanz der E-Mobilität sind bislang die hohen Kosten und eingeschränkte Lebensdauer der Batterien. Ein EU-Projekt beschäftigte sich in den vergangenen drei Jahren mit der Frage, wie Batterien altern – und wie man wie besser einsetzen kann. Jetzt stellten die deutschen Partner des ABattReLife-Projekts ihre Ergebnisse am Würzburger Fraunhofer-Institut vor. Wir sprachen mit Projektleiter Tobias Bach.

Frage: Wie kommt man dazu, E-Mobil-Batterien „post-mortem“ zu untersuchen?

Tobias Bach: Wenn man Strom und Spannungen an einer Batterie vermisst, kann man zwar lernen wie sie sich verhält, über die Ursachen im Inneren kann man aber nur spekulieren. Wir wollen begreifen was in einer Batterie passiert, wenn sie altert und an Leistung verliert. Das geht eben am besten, wenn man sie öffnet und die Komponenten genauer unter die Lupe nimmt. Weil eine geöffnete Batterie nicht mehr benutzt werden kann, nennt man diese Form der Untersuchung dann eben „post-mortem“.

Wie schnell altern Batterien und warum lässt sich ihr Leben nicht verlängern?

Bach: Batterien können sehr lange halten. Dafür muss man aber auch die Umgebungs- und Betriebsbedingungen sehr genau kontrollieren. Macht man hier Fehler, ist es mit dem Batterieleben schnell vorbei. In Elektrofahrzeugen gibt es dafür sehr ausgeklügelte Steuergeräte. Der Verbraucher kennt Batterien bisher eher aus Konsumgeräten. In diesen ist die Lebensdauer oftmals eher nebensächlich. Daraus entsteht der falsche Eindruck, Batterien würden zwangsläufig schnell altern. Bei entsprechender Steuerung muss das aber nicht so sein.

Was mögen Batterien gar nicht?

Bach: Fast alle Batterien reagieren negativ auf sehr hohe Temperaturen ab etwa 50 Grad. Darum ist es zum Beispiel auch nicht sehr klug, sein Smartphone im Sommer auf dem Armaturenbrett braten zu lassen. Auch das vollständige Entladen und Laden nehmen Batterien übel. Sehr tiefe Temperaturen können vor allem beim Laden ein Problem sein.

Im deutschen Winter ein Problem, oder?

Bach: : Ja, wenn die Batterie nicht entsprechend umsorgt wird, ist das sicherlich ein Problem. In einem Auto bekommt man das Laden im tiefen Winter über intelligente Ladekonzepte, Isolation und im Zweifelsfall auch durch Heizen in den Griff. Bei kleineren Geräten ist das schon schwieriger. Manch einer wird vielleicht schon erlebt haben, dass sich das Handy weigert, in der kalten Garage zu laden. Die Hersteller bauen aber meist einen Mechanismus ein, der das Laden des Handys bei zu tiefen Temperaturen schützt.

Wie lange hält denn überhaupt eine Batterie in einem Elektro-Auto?

Bach: Prognosen sind immer unsicher. In Expertenkreisen werden aber zehn Jahre nicht als unrealistisch angesehen. Bereits mehrfach wurde gezeigt, dass Batterien sehr oft geladen werden können, wenn man sie richtig behandelt. Den Batterien kommt besonders entgegen, dass die meisten zurückgelegten Fahrten recht kurz sind. Solche kleinen Entladungen und die darauf folgenden Ladevorgänge wurden schon viel untersucht. Die meisten Batterien schaffen tausende dieser kleinen Zyklen.

. . . und was heißt das in Laufleistung?

Bach: Geht man davon aus, dass zwischen zwei Ladevorgängen im Schnitt 40 Kilometer zurückgelegt werden, wäre man etwa bei fünftausend Zyklen schon bei 200 000 Kilometer Laufleistung. Ich persönlich glaube aber, dass deutlich mehr herauszuholen ist. Jedoch gibt es bei Batterien auch gehörige Qualitätsunterschiede, die in den verwendeten Materialien und im Aufbau begründet sind.

Beim Projekt war auch die Zweitverwertung ein Thema. Wie funktioniert das?

Bach: Wenn bei einem Auto die Batterie als kaputt gilt, hat sie noch 80 Prozent ihrer ursprünglichen Speicherfähigkeit. Im stationären Gebrauch, zum Beispiel zum Puffern von Solarstrom, liegen die Anforderungen tiefer, denn wieviel Gewicht eine Batterie einnimmt, spielt hier eine viel kleinere Rolle. Somit liegt es nahe, die Batterien weiterzuverwenden. Eine Batterie kostet ja viel Geld.

Wie stark könnte eine solche Zweitverwertung die Kosten senken?

Bach: Im Projekt hat sich für mich abgezeichnet, dass hier momentan noch zu viele Annahmen im Raum stehen. Unsere Projektpartner haben unter anderem herausgefunden, dass solche Prognosen stark von den Kosten der Logistik und alternativen Lösungen abhängen. Die Forschung zur Zweitverwendung hat aber auch noch etwas Zeit. Zuerst müssen mehr Elektroautos auf die Straße und dann fahren sie – wie schon gesagt – erst einmal einige Jahre, bis ihre Batterien erschöpft sind.

Wenn gar nichts mehr geht muss eine teure E-Auto-Batterie recycelt werden. Was hat das Projekt hier ergeben?

Bach: Recycling ist ein ganz zentrales Thema, wenn wir uns die Umweltbilanz anschauen. Unsere Partner von der Technischen Universität Bergakademie Freiberg konnten hier die Prozesse wesentlich verbessern. Sie konnten zeigen, dass es in Zukunft möglich sein wird, mehr als die Hälfte der Batterie stofflich wiederzuverwenden Der Rest kann dann noch zur Erzeugung von Energie genutzt werden. Und es ist ganz klar, dass man diese Quote gerne weiter verbessern möchte.

Was ist war eigentlich die Aufgabe des ISC bei dem Projekt?

Bach: Wir haben mit unseren Analysenmethoden dazu beigetragen, zu verstehen warum eine Batteriezelle bei der Alterung an Leistungsfähigkeit verliert. Dazu haben wir eng mit der Technischen Universität München zusammengearbeitet. Unsere Kollegen haben die Zellen gezielt belastet und beobachtet, was eine Zelle schädigt. Dabei waren neben elektrischer Beanspruchung auch Temperatur und Vibration ein Thema. Wir kamen dann ins Spiel, wenn es darum ging, zu verstehen, warum eine Batteriezelle nachlässt. Dieses Verständnis erlaubt es den Entwicklern, entsprechende Gegenmaßnahmen in der Batterie zu ergreifen. Solche Verbesserungen was Materialien, Produktion und Aufbau angeht, treiben wir in anderen Projekten auch aktiv voran.

Und wie geht es jetzt weiter?

Bach: ABattReLife war für uns sehr erfolgreich. Wir haben einiges gelernt. Die Ergebnisse fließen direkt in unsere eigenen Entwicklungsprojekte ein. Was für die Elektromobilität gilt, ist oft auch in anderen Feldern anwendbar. Aber auch die Batterie für das Elektroauto ist noch lange nicht ausgeforscht. Natürlich schreitet die Entwicklung rasch voran, Materialien und Verarbeitung sind besser geworden. Die Motivation ist klar: Elektroautos müssen günstiger werden und das bei steigenden Reichweiten und immer schnelleren Ladevorgängen. Dafür muss man alle Stellschrauben optimieren.

 

 

Quelle: Mainpost, Michael Deppisch