Ein zweites Leben für Lithium-Ionen-Akkus
Lithium-Ionen-Akkus bestehen aus vielen einzelnen, in Serie geschalteten Batteriezellen. Funktioniert eine Zelle oder die Elektronik nicht mehr, ist der Akku nicht mehr funktionstüchtig. Andere Zellen können jedoch noch fit genug für einen «Second-Life»-Speicher sein.
Quelle: CSEM
Auf einen Blick
Jahr für Jahr steigt in der Schweiz der Anteil der Elektromobile bei den Neuzulassungen. 2021 war schon jedes zehnte verkaufte Auto ein rein batterieelektrisches Fahrzeug, hinzu kommen die Plug-in-Hybride. Die in diesen Fahrzeugen verwendeten Batterien haben gemäss Herstellerangaben eine Lebensdauererwartung von mindestens acht Jahren, was einer Fahrleistung von etwa 160 000 Kilometer entspricht. Nach dieser Zeit kann die Kapazität der Batterie unter 80 Prozent der ursprünglichen sinken, so dass sie für den Antrieb eines Fahrzeugs nicht mehr ausreicht. Für andere Anwendungen, zum Beispiel als Heimspeicher für Solaranlagen, genügen diese Kapazitäten jedoch durchaus. Möglich ist auch, dass bei einer defekten Batterie nur einzelne Zellen oder die Elektronik nicht mehr funktionieren. Andere Zellen hingegen weisen noch eine gute Leistung auf. Aus solchen Zellen stellt das Schweizer Unternehmen Libattion neue Speicher her. Technisch funktionieren solche «Second-Life»-Speicher gut. Doch sind sie auch wirtschaftlich?
Ein Hindernis für die Wiederverwendung einzelner Batteriezellen im grossen Stil ist deren Prüfung. Um den Alterungszustand (State of health, SoH) einer Batteriezelle exakt zu eruieren, braucht es einen vollen Lade- und Entladezyklus, der drei bis fünf Stunden dauert – viel zu aufwändig, um konkurrenzfähige «Second-Life»-Speicher herzustellen. Das Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique (CSEM) hat deshalb zusammen mit Libattion untersucht, mit welchen alternativen Messverfahren sich der Zustand von Batteriezellen innerhalb nützlicher Frist verlässlich abschätzen lässt. Die Forschenden testeten die Zellen mit verschiedenen Methoden nach drei Indikatoren, die auf dem Widerstand, der Effizienz und auf der elektrochemischen Impedanz basieren. Diese Indikatoren verglichen sie anschliessend mit dem SoH-Wert und untersuchten wie die Werte korrelieren. Schliesslich validierten sie die Ergebnisse mit Messungen an einer grösseren Anzahl Zellen, die auf vier unterschiedlichen Lithium-Ionen-Technologien basieren.
Alle gewählten Indikatoren zeigten eine gute Korrelation mit dem Alterungszustand der Zellen. Der Schätzfehler lag im Bereich von 2 bis 2,5 Prozent. Eine Methode schnitt etwas schlechter ab, zeigte dafür über verschiedene Batterietypen hinweg geringere Abweichungen. Bei allen Indikatoren reduziert sich die Messdauer gegenüber einem 5-stündigen Lade-Entladezyklus um mindestens 70 Prozent. Somit lassen sich Zellen, die geeignet sind für eine «Second-Life»-Anwendung, sehr viel schneller finden.
Es kristallisierte sich keine «beste» Methode heraus. Je nach Anforderung – Genauigkeit der Messung, Robustheit der Analyse für unterschiedliche Batterietypen, Zeitdauer der Analyse oder Einfachheit der maschinellen Verarbeitung – sind unterschiedliche Messmethoden geeignet.
Produkte aus dem Projekt
Kontakt und Team
Projektleitung Claudio Brivio CSEM SA Rue Jaquet-Droz 1 2002 Neuchâtel claudio.brivio@csem.ch
Projektpartner
Libattion GmbH
Sägereistrasse 24
8152 Glattbrugg
