Elektrische Energiespeicher 13.07.2021, 07:00 Uhr

Berliner Batterietestzentrum entwickelt nachhaltige und sichere Akkus der Zukunft

Bald geht nichts mehr ohne elektrische Energiespeicher. Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) rüstet daher auf und treibt Innovationen voran. Wichtige Simulationen sollen die Second-Live-Anwendungen der Batterien verbessern.

Akku

Lithium-Ionen-Akkus sind weit verbreitet. Von ihrer Weiterentwicklung könnte die Energiewende erheblich profitieren.

Foto: panthermedia.net / janaka

Batterien werden derzeit mehr gebraucht denn je. Sie könnten erneuerbaren Energien zum entscheidenden Schub verhelfen, sobald es gelingt, ihnen eine entsprechende Kapazität zu verschaffen. Dabei gelten unter anderem elektrische Energiespeicher als eine Schlüsseltechnologie für die Energiewende. Insbesondere die E-Mobilität könnte von ihrer Weiterentwicklung profitieren. Grundlage für die meisten elektrischen Speichersysteme ist derzeit die Lithium-Ionen-Technologie, und genau auf diesen Bereich setzt auch die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM). Ein neues Batterietestzentrum am Standort in Berlin soll das Tempo für Innovationen erhöhen.

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Leistungsfähige Batterien sind mit vielen Herausforderungen verbunden

Elektroautos, E-Bikes, Smartphone, Tablets – die Liste der Anwendungsbereiche für Lithium-Ionen-Batterien ist lang. Und sie könnte noch länger werden. Denn die BAM-Forschenden denken in großen Dimensionen, und nicht nur sie: Große, stationäre Batteriespeicher könnten die Lösung für die Energiewende sein, wenn es gelänge, über sie genug Wind- und Sonnenenergie zwischen zu speichern. Mit den derzeitigen Systemen ist das allerdings nicht möglich. Abgesehen davon, dass dafür ihre Speicherkapazität erhöht werden müsste, sind die hauptsächlich verwendeten Materialien aktuell noch ein Problem. Denn gerade Lithium und Kobalt haben eine schlechte Bilanz, wenn es um das Thema Nachhaltigkeit geht.

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Auch die Sicherheit der Batterien muss natürlich gewährleistet sein. Brennende Smartphone-Akkus haben bereits traurige Berühmtheit erlangt. Klar ist, dass sich solche Situationen keinesfalls im großen Maßstab wiederholen dürfen. Bei der BAM steht der sogenannte Thermal Runaway daher auf dem Prüfstand. Diese Kettenreaktion kann zu äußerst hohen Temperaturen und Bränden führen.

Prüfreihen für Akkus in kleinem und großem Maßstab

„Im neuen Batterietestzentrum werden wir vor allem zum State of Safety, dem Sicherheitszustand von Batterien und Zellen, forschen“, sagt daher dessen Leiterin Anita Schmidt. „Wir setzen einzelne Zellen, ganze Batterien oder batteriebetriebene Geräte gezielt mechanischen, thermischen oder elektrischen Belastungen aus. Aus den multisensorisch und mit bildgebenden Verfahren erfassten Daten leiten wir Schlussfolgerungen für die Sicherheitsbewertung und den State of Safety ab.“

Hinzu kommt ein Batterie-Großprüfstand, der auf dem Testgelände Technische Sicherheit der BAM in Brandenburg liegt. Hier läuft ein Projekt, das vom Bundesforschungsministerium finanziert wird. Die Forschenden überprüfen dabei, wie sicher Großspeicheranlagen sind – im Realmaßstab.

Forschung für eine bessere CO2-Bilanz der Batterien

Das Thema Nachhaltigkeit gehen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von zwei Seiten an. Zum einen ist ein Speziallabor für Energiematerialien in das neue Batterietestzentrum integriert: „Hier forschen wir an innovativen und ressourcenschonenden Materialien für einzelne Batteriekomponenten. So könntenNatrium-Ionen-Batterien eines Tages den Rohstoff Lithium und Bestandteile wie Kupfer oder Kobalt ersetzen“, erklärt Tim Fellinger von der BAM.

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Zum anderen ist das Batterietestzentrum so ausgestattet, dass die Experten beispielsweise Akkus mit hohen Laderaten zyklisch laden können, um die Prozesse der Alterung zu simulieren. Dabei geht es nicht allein um die Lebensdauer für den primären Einsatz der Batterien. Genauso wichtig sind die dabei gesammelten Erkenntnisse für sogenannte Second-Life-Anwendungen: Werden Akkus in E-Autos beispielsweise nicht benötigt, sollen sie einem neuen Verwendungszweck zugeführt werden. Unter anderem könnten sie in Privathaushalten den Strom von Photovoltaikanlagen zwischenspeichern, oder es wäre möglich, zahlreiche Akkus zu stationären Großspeichern zusammenzuschließen, um die Versorgungssicherheit zu verbessern. Eine längere Nutzungsdauer würde natürlich auch die Umweltbilanz der Batterien verbessern.

Ausrüstung ist eine Voraussetzung für Innovationen

Mit dem neuen Batterietestzentrum sollen Innovationen im Bereich der elektrischen Energiespeicher erheblich vorangetrieben werden. Es steht nicht nur den Mitarbeitenden der BAM zu Verfügung, sondern kann auch von kooperierenden Einrichtungen aus Wissenschaft und Industrie genutzt werden.

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Ein Beitrag von:

  • Nicole Lücke

    Nicole Lücke macht Wissenschaftsjournalismus für Forschungszentren und Hochschulen, berichtet von medizinischen Fachkongressen und betreut Kundenmagazine für Energieversorger. Sie ist Gesellschafterin von Content Qualitäten. Ihre Themen: Energie, Technik, Nachhaltigkeit, Medizin/Medizintechnik.

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