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Batterien im Belastungstest

FH Kiel Batterien im Belastungstest

Es surrt im Batterieforschungslabor auf dem Kieler Ostufer. In einer Klimakammer wird gerade eine Lithium-Titanzelle auf die Belastungsprobe gestellt. Immer wieder wird sie auf- und entladen. Zykeln nennen das die Experten. Ein Team an der FH Kiel tüftelt an einem intelligenten Managementsystem.

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Tiefer Einblick: Torben Lamp, Fabian Franke und Professor Christoph Weber (v. li.) im Batterieforschungslabor der Fachhochschule Kiel.

Quelle: Uwe Paesler

Kiel. „Eine Batterie ist wie eine Kette, die aus vielen Gliedern besteht, den Zellen“, erklärt Professor Christoph Weber von der FH Kiel. „Eine Kette wird häufig gespannt. Sie arbeitet aber nur zuverlässig, wenn alle Glieder heil sind. Bricht ein Glied, dann funktioniert sie nicht mehr.“ Ebenso sei das bei Batteriezellen, die wieder und wieder beansprucht würden.

Leistungsfähige Batterien sind eine Schlüsseltechnologie auf dem Weg zur Elektromobilität. Noch haben sie bei den Nutzern nicht das beste Image: Sie sind schnell leer, haben zu lange Ladezeiten oder eine zu geringe Lebensdauer. In einem Windland wie Schleswig-Holstein sind Batteriesysteme außerdem wichtig, wenn es darum geht, überschüssigen Strom von Windkraftanlagen zu speichern.

Speicher muss zuverlässig funktionieren

„Ein Speicher, der regenerative Energien puffert, muss zuverlässig funktionieren, sonst ist die ganze Netzinfrastruktur runter“, sagt Weber. Gemeinsam mit der Itzehoer Firma Liacon, führender Anbieter von Lithium-Titanzellen, tüftelt sein Team an der FH Kiel deswegen an einem intelligenten Batteriemanagementsystem. Die Zellen sollen als Kurzzeitpuffer für das elektrische Netz eingesetzt werden. Gefördert wird das auf zwei Jahre angelegte Forschungsprojekt von der Energie und Klimaschutzstiftung Schleswig-Holstein (EKSH) und vom Land.

Bei allen Batterien sind laut Weber zwei Faktoren maßgeblich: Der eine ist der Ladezustand, der anzeigt, wie gut der Energiespeicher gefüllt ist, der andere der Gesundheitszustand, also wie groß die verbliebene Kapazität der Batterie ist. Laut Weber hat die Liacon-Technologie den Vorteil, dass sie bei einem sehr kleinen Volumen viel elektrische Energie aufnehmen und auch wieder liefern kann. „Auch die Lebensdauer ist sehr hoch“, sagt der Professor. Allerdings seien die komplexen elektrochemischen Elemente schwer zu diagnostizieren. „Wir wollen aber Lade- und Gesundheitszustand genau messen können, damit frühzeitig verhindert werden kann, dass die Batterie plötzlich nicht mehr funktioniert.“ Dazu müssen die Zellen stetig überwacht werden.

Batterie: Von 1500 auf 15000 Zyklen

Wie komplex das ist, zeigt der Blick auf einen Forschungsschrank im Labor. Unten liegt eine Batterie, darüber ein Managementsystem aus Dutzenden von Platinen und Kabeln, darüber ein Gerät zum Zykeln.  „Eine Elektroauto-Batterie schafft für gewöhnlich rund 1500 Zyklen“, erklärt Weber. Ein Zyklus bedeutet eine vollständige Be- und Entladung der nutzbaren Kapazität. Ein Besitzer könnte demnach etwa 150000 Kilometer fahren, bis die Batterie nicht mehr ihre volle Kapazität besitzt.

Die Lithium-Titanzellen für Kurzzeitpuffer, an denen die FH-Schüler forschen, sollen bis zu 15000 Zyklen – also das Zehnfache davon – schaffen. „Dafür haben sie weniger Energiedichte, das ist schlecht für Elektromobilität“, so Weber. Denn das bedeute, dass die Batterie zu groß und schwer für ein Auto wäre. Deswegen setze die Automobilbranche auf andere Technologien. „Die sind günstiger, halten aber eben auch kürzer.“

Ohnehin seien die Batterien noch ein „neuralgischer Punkt“ bei der Elektromobilität, sagt Weber. Insbesondere, weil die Kosten zu hoch seien. „Der Markt für diese Batterien ist noch nicht richtig aufgeblüht, erst wenn sie in der Masse nachgefragt werden, sinkt auch der Preis.“ Das könne aber noch einige Jahre dauern.

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