Case Study Universität Wuppertal

Die Batterietechnologie hat in den letzten Jahren enorme Fortschritte gemacht und spielt eine immer wichtigere Rolle bei der Speicherung erneuerbarer Energien und der Elektrifizierung des Verkehrs. Um mit dieser Entwicklung Schritt zu halten und seine Rolle in der Batterieforschung auf Zell- und Modulebene zukünftig noch weiter auszubauen, wurde das Ende 2022 in Betrieb genommene Batterielabor der Universität Wuppertal mit einem umfangreichen Testaufbau ausgestattet. Eine wichtige Rolle spielen dabei die Temperaturwechselschränke MK von BINDER.

Für den Aufbau des Batterielabors wurden zunächst Batterietester angeschafft, die auf Zell- bzw. Modulebene testen können. Im Zuge weiterer Recherchen wurde dann ermittelt, welche Temperaturwechselschränke die größtmögliche Kompatibilität zu den Testern aufweisen und man entschied sich für die BINDER Modelle MK 115 und MK 720 mit zusätzlicher Sicherheitsausstattung. Neben der hohen Kompatibilität waren auch eine schnelle Temperaturwechselgeschwindigkeit und ein breiter Temperaturbereich, in dem zukünftig getestet werden soll, ausschlaggebend für die Anschaffung.

Ging man in den ersten Planungen noch von einem benötigten Temperaturbereich von -20 bis +180°C aus, so wurde schnell klar, dass die BINDER Schränke mit -40 bis +180°C perfekt ins Bild passen und eine deutlich bessere Investition in die Zukunft darstellen. Bei der Prüfung von Hochvoltbatterien spielen verschiedene Normen wie die UN-ECE-R100, die IEC 62660-1 oder die ISO 62660-1 eine große Rolle. Sie legen unter anderem die Anforderungen an die Sicherheit, Leistung und Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien, einschließlich Hochvoltbatterien, fest.

Ein wichtiger Aspekt bei der Auswahl der Geräte war natürlich die Einhaltung aller notwendigen Normen, um sicherzustellen, dass sie die Anforderungen für einen sicheren und effizienten Einsatz erfüllen. Auch hier konnten die BINDER Schränke punkten.

Initialisierungsversuche im Batterielabor: Softwaregesteuertes Testen auf Zellebene

In der noch jungen Geschichte des Batterielabors wurden zunächst Initialisierungsversuche durchgeführt. Dazu werden z.B. softwaregestützte Programmabläufe erstellt, die für die Prüfung von Batterien auf Zellebene ausgelegt sind. Die definierten Test-/Ladeprofile bestehen aus Testparametern wie Ladegeschwindigkeit, Ladeleistung, Dauer und gewünschter Temperaturumgebung. Die Software steuert das reibungslose Zusammenspiel der angeschlossenen Geräte. Daher ist die eingangs erwähnte Kompatibilität der Geräte untereinander von großer Bedeutung.

UniZub: Neue Technologie soll Recycling von Elektroauto-Batterien revolutionieren

Unter dem Namen „UniZub“ wurde bereits ein erstes konkretes Forschungsprojekt gestartet. Hintergrund dieser Forschungsarbeit ist die Kooperation mit der AWG Wuppertal, die unter anderem einen Autoverwertungshof betreibt. Die Zahl der dort geparkten Elektrofahrzeuge nimmt zu, was für das Recycling eine enorme Herausforderung darstellt. Denn über den Zustand der eingebauten Hochvoltbatterie ist nichts bekannt, vergleichbar mit einer „Black Box“.

Mit Hilfe von Computersimulationen und praktischen Versuchen im Batterielabor werden derzeit die Grundlagen für einen universellen Zustandsschätzer entwickelt, der in Zukunft den aktuellen Zustand von Hochvoltbatterien ermitteln soll. Erst wenn diese entscheidenden Daten vorliegen, kann über eine mögliche Weiterverwendung der Batterie (Second-Life-Nutzung oder Recycling der Komponenten) entschieden werden.

Batterien der Zukunft: Mehr Energie, längere Lebensdauer und umweltfreundlichere Alternativen

Die Weiterentwicklung von Lithium-Ionen-Batterien wird weiterhin darauf abzielen, die Energiedichte und Lebensdauer zu erhöhen, die Herstellungskosten zu senken und die Sicherheit zu verbessern. Zu diesem Zweck werden neue Materialien wie Festkörperbatterien erforscht und entwickelt. Auch die Integration von Batterien in verschiedene Anwendungen wie Elektrofahrzeuge und stationäre Energiespeicher wird vorangetrieben. Darüber hinaus gewinnt die Entwicklung von Recyclingmethoden für Lithium-Ionen-Batterien zunehmend an Bedeutung, um die Umweltbelastung zu reduzieren und den Rohstoffbedarf zu minimieren.

Neben der Weiterentwicklung von Lithium-Ionen-Batterien werden auch alternative Batterietechnologien wie Natrium-Ionen-Batterien intensiv erforscht. Diese haben das Potenzial, Lithium als kritischen Rohstoff zu ersetzen und könnten in Zukunft in bestimmten Anwendungen wirtschaftlicher und umweltfreundlicher sein als Lithium-Ionen-Batterien.