Elektromobilität Alterung von Batteriezellen mit Computertomographie bestimmen

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Wie kann man alte Batterie aus einem Elektrofahrzeug weiter nutzen? Mit dieser Frage beschäftigt sich das Forschungsprojekt „Re-Use von Batteriezellen: CT-Analyse von Lithium-Ionen-Batterien zur Beurteilung von funktions- und sicherheitskritischen Merkmalen für die zweite Lebensphase“. Im Rahmen dessen klären Forscher, wie sich Computertomographie einsetzen lässt, um Zusammenhänge zwischen der Nutzung und der Alterung von Batteriezellen zu analysieren.

Mit zunehmender Marktdurchdringung der Elektromobilität rollen immer mehr Stromer über die Straßen. Daher spielen Lithium-Ionen-Batterien eine immer wichtigere Rolle. Und auch die Frage, wie sich deren Alterung und Wiederverwendung analysieren lässt. Mit dieser Problemstellung setzt sich das Forschungsprojekt „Re-Use von Batteriezellen: CT-Analyse von Lithium-Ionen-Batterien zur Beurteilung von funktions- und sicherheitskritischen Merkmalen für die zweite Lebensphase“, kurz RELIBRE, auseinander.

Zusammenhang zwischen Nutzung und Alterung von Batteriezellen erforschen

„Die Lebensdauer der verbauten Batteriezellen ist begrenzt, da die Nutzungsanforderungen irgendwann nicht mehr erfüllt werden können. Für eine Anwendung mit geringeren Anforderungen können gealterte Batterie in einem zweiten Leben jedoch weiterhin nutzbar sein“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Stefan Bracke vom Lehrstuhl für Zuverlässigkeitstechnik und Risikoanalytik an der Bergischen Universität Wuppertal, der das Forschungsprojekt leitet. Um das Second-Life zu ermöglichen, ist es jedoch notwendig, die Alterung aufgrund der schleichenden Verringerung der Kapazität einer Batterie zu erfassen, zu beurteilen und zu quantifizieren. „Auf diese Weise können Rückschlüsse auf die Leistungsfähigkeit der Batterie und auf sicherheitsrelevante Aspekte gezogen werden“, so Bracke. Die Forscher des Projekts setzen sich damit auseinander, wie Computertomographie zum Einsatz kommen kann, um Zusammenhänge zwischen der Nutzung und der Alterung von Batteriezellen zu analysieren.

Einsatzszenarien alter Batterien optimieren

„Die Computertomographie bietet die Möglichkeit, das Innere von Batteriezellen bildgebend zu untersuchen, ohne die Batterie öffnen zu müssen“, betont Bracke. „Dadurch lassen sich verschiedene Veränderungen im Inneren der Batteriezelle, die einen Einfluss auf die Alterung, besitzen, zerstörungsfrei sichtbar machen. Dies erlaubt eine präzisere Untersuchung des Alterungszustandes der Batterie, wodurch die Second-Life Fähigkeit einer Batterie besser eingeschätzt und die Auswahl eines Einsatzszenarios optimiert werden kann.“

Das Projekt beschäftigt sich unter anderem mit den Wechselwirkungen zwischen der Nutzung der Batterien im ersten Lebenszyklus und den beobachtbaren Veränderungen durch Herstellung und Gebrauch. Mit statistischen Methoden wollen die Forschen die Zusammenhänge analysieren, um Rückschlüsse auf die Alterungsprozesse und deren Ursachen ziehen zu können.

Forschungspartner

Das Projektkonsortium besteht aus Industrieunternehmen und Wissenschaftseinrichtungen: Der Hersteller und Dienstleister von industriellen Computertomographen diondo GmbH ist Konsortialführer und für die Entwicklung standardisierter CT-Messmethoden und der CT-Untersuchungen von Batteriezellen verantwortlich, während der zertifizierte Entsorgungsfachbetrieb elorec GmbH für die Vermessung und Untersuchung der Batteriezellen im Ist-Zustand und die Analyse des Qualifizierungspotenzials komplementärer, zerstörungsfreier Batterieprüfverfahren verantwortlich ist. Dieses Vorhaben wird von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) insgesamt mit rund 140.000 Euro gefördert.  (se)

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