Batterien in E-Autos haben eine begrenzte Einsatzzeit, sie altern mit jeder neuen Ladung: Dieser Effekt führt dazu, dass sie immer weniger Energie speichern und damit die Reichweite und Leistungsfähigkeit schwindet. Bei rund 160.000 Kilometern wird es derzeit kritisch. Danach könnten die Auto-Akkus durchaus weitere Verwendung finden – etwa in stationären Heimspeichern, wo sie nicht mehr so stark strapaziert werden wie im Auto – etwa zur Zwischenspeicherung von überschüssiger Energie aus Solar- und Windkraftwerken.
Entdeckungen dank Vergleich
Ob die Batterien sinnvoll weiter genutzt werden können, hängt in erster Linie von der verbleibenden Leistungsfähigkeit ab. Forschende am Institut für Fahrzeugsicherheit der TU Graz haben eine ganze Reihe von Indikatoren erhoben, mit denen sich der Zustand von ausrangierten Lithium-Ionen-Zellen bewerten lässt.
Die Forschenden haben ausgemusterte Lithium-Ionen-Zellen mit baugleichen, neuwertigen Exemplaren im Labor verglichen: Während der durchgeführten Lade- und Entladezyklen haben sie 31 verschiedenen Messwerte erhoben. 13 dieser Indikatoren stellten sich als aussagekräftig heraus. Dazu zählen die Grazer Experten etwa die Lade- und Entlade-Kapazität, die Temperaturdifferenz der Pole während des Ladevorgangs oder das Relaxationsverhalten der Batteriezelle nach dem Ladevorgang.
Alterung definierbar
„Anhand dieser Indikatoren können wir auf den Stand der Alterung von Lithium-Ionen-Batterien schließen und erste Rückschlüsse auf unterschiedliche Nutzungsprofile treffen, ohne dabei auf datenschutzkritische Informationen zur Nutzungshistorie der Akkus angewiesen zu sein“, erklärte Jörg Moser, Leiter des Battery Safety Center Graz am Institut für Fahrzeugsicherheit. Auf dieser Grundlage soll man entscheiden können, ob eine Batterie prinzipiell für eine Weiterverwendung in einem bestimmten Einsatzbereich in Frage kommt.
Sicherheit und Wirtschaftlichkeit
Für eine neuerliche Weiterverwendung der Batterien sei aber auch ihr Sicherheitszustand wichtig, denn im Laufe der Jahre kommt es zu chemischen Veränderungen der Materialien. „Es ist entscheidend, Batteriezellen und die darin ablaufenden Prozesse, Reaktionen und Veränderungen im Detail zu verstehen, um sie hinsichtlich ihres Sicherheitsverhaltens qualifizieren zu können“, sagte Christian Ellersdorfer. Er ist Leiter der COMET-Projekts SafeLIB am Institut für Fahrzeugsicherheit, in dem mehrere Forschungseinrichtungen sowie Automobil- und Technologieunternehmen an der sicherheitsrelevanten Bewertung neuer und gebrauchter Lithium-Ionen-Batterien arbeitet. Erste Ergebnisse will man Ende des Jahres vorliegen haben.
Laut der Einschätzung der Grazer Forschenden werden noch einige Jahre vergehen, bis gebrauchte Batterien auf breiter Basis in nachfolgenden Anwendungen zum Einsatz kommen und so die Elektromobilität über den gesamten Lebenszyklus betrachtet noch nachhaltiger wird. Neben der Sicherheit unterschiedlicher Batterietechnologien müssten auch die Wirtschaftlichkeit von Second-Life-Anwendungen und juristische Fragen zu Datenschutz, Gewährleistung oder Haftung in Betracht gezogen werden. „Daraus ergibt sich ein interdisziplinäres Forschungsfeld, das wir an der TU Graz gemeinsam mit nationalen und internationalen Partnern in weiterführenden Forschungsprojekten bearbeiten wollen“, schloss Ellersdorfer.