Lithium Batterien für Autos werden mit einer Restkapazität von circa 80 Prozent ausrangiert und recycelt. Das ist keine grundsätzlich schlechte Lösung, weil etwa 95 Prozent des Materials wiederverwertbar sind. Nachhaltiger wäre es, den Batterien ein zweites Leben zu geben. Da man aber meist nicht weiß, welchen Einflüssen die Batterie in ihrem Fahrzeugleben ausgesetzt war, sieht man schon allein aus Sicherheitsgründen davon ab.
Im besten Fall könnte die Batterie aber unverändert noch viele Jahre weiter genutzt werden. Mögliche Anwendungen sind Elektrofahrzeuge mit geringen Anforderungen, Flurförderfahrzeuge, Werkzeugmaschinen und stationäre Speicher. Erst wenn die Kapazität so weit gesunken ist, dass der Betrieb nicht mehr wirtschaftlich wäre, ist der Zeitpunkt für das Recycling gekommen.
Thermisches Durchgehen
Gegen die Nachnutzung von Lithium Batterien für Autos spricht die Möglichkeit eines thermischen Durchgehens (thermal runaway). Das ist eine sich verselbstständigende Erhitzung. Auslösend dafür ist eine Überbelastung, die elektrisch, mechanisch oder thermisch entstehen kann. Im schlimmsten Fall kann das zum Brand führen und zum Entweichen schädlicher Gase.
Besonders gefürchtet ist die mechanische Einwirkung in Form eines Crashs. Lithium Batterien für Autos, die nach Unfällen in Brand geraten, kennen wir alle aus den Medien.
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Am Institut für Fahrzeugsicherheit an der TU Graz wird ein Batterieprüfzentrum betrieben, in dem Crash-Szenarien nachgestellt und getestet werden können. Selbst Crashs mit hoher Beschleunigungsbelastung sind hier möglich. Es ist das weltweit erste und bisweilen einzige Batterieprüfzentrum dieser Art. „Die Fahrzeugsicherheit hat sich in den vergangenen zwanzig Jahren rasant entwickelt. Viele Fahrzeug-Komponenten können am Computer simuliert werden“, sagt Professor Christian Ellersdorfer vom Institut für Fahrzeugsicherheit an der TU Graz. „Aber Lithium Batterien für Autos sind noch so neu, dass man noch gar nicht weiß, welche Methoden überhaupt notwendig sind – und genau das ist ein großer Teil unserer Arbeit.“
Sicherheitsstatus von Lithium Batterien für Autos
Das Team entwickelt Simulationsmodelle von Batteriezellen, Batteriemodulen und ganzen Batteriepacks um die Entwicklung des Sicherheitsstatus von Batterien über deren Lebenszyklus virtuell abbilden zu können. Im aktuellen Projekt SafeLIB sollen die Einflussgrößen identifiziert werden, die es ermöglichen, die Sicherheit einer Batterie zu beschreiben. Ellersdorfer im Interview mit IO:
Wie lange halten Lithium Batterien für Autos?
Forschungen und Tests haben gezeigt, dass die Lithium Batterien zumindest so lange wie ein normales Elektroautoleben halten und dieses liegt bei etwa 200.000 Kilometern.
Die Lebensdauer hängt aber immer auch von den Rahmenbedingungen ab. Bis zu einem State of Health von 80 Prozent Restkapazität, ist ein vernünftiger Einsatz in einem Elektrofahrzeug möglich. Diese Grenze ergibt sich beispielsweise aus der nur mehr geringen Reichweite – nicht weil die Batterie kaputt wäre. Batterien mit geringerer Restkapazität könnten aber für eine Reihe von Anwendungen genutzt werden, sofern der Sicherheitszustand der Batterien bekannt ist.
Im Vorgängerprojekt SafeBattery haben Sie bereits festgestellt, dass die Lebensdauer vom Umgang mit der Lithium Batterie abhängt?
Definitiv. Zum Beispiel hat die Temperatur einen Einfluss auf das Alterungs- und in weiterer Folge das Sicherheitsverhalten. Wenn man Lithium Batterien für Autos bei extremer Hitze und extremer Kälte be- und entladet, dann wirkt sich das negativ auf die Lebensdauer aus. Ebenso kann sich der Fahrstil negativ auswirken, zum Beispiel wenn man ständig Vollgas fährt.
Nach einem Crash wird die Batterie gegenwärtig ausgetauscht. Nicht weil sie definitiv kaputt ist, sondern weil man den Status der Batterie nicht einschätzen kann. Wenn es eine Beschädigung gibt, dann sind die Auswirkungen noch schwer zu ermitteln und zu beschreiben. Es gibt noch kaum Kennwerte und genau deshalb wurde unser Forschungsprojekt ins Leben gerufen.
Was passiert derzeit mit ausrangierten Lithium Batterien von Autos?
Wenn es zum Beispiel nach einem Jahr zu einem Crash kommt, dann demontiert man diese Batterie, zerlegt sie und versucht die Rohmaterialien so gut wie möglich für das Recycling zurückzugewinnen.
Wenn es keinen Crash gibt und das Elektroauto am Ende des Lebens angelangt ist, dann wird die Batterie entweder recycelt oder für andere Anwendungen eingesetzt. Automobilhersteller setzen sie oft in stationären Speichersystemen ein, um ihnen ein zweites Leben zu geben. Allerdings mit einer leichten Ungewissheit. Weil man meist nicht genau weiß, was die Batterie im Fahrzeug erlebt hat. Genau diese Fragestellung wollen wir beantworten, damit wir diese Lithium Batterien für Autos mit gutem Wissen und Gewissen nachnutzen können.
Wie ist der Sicherheitsstatus einer Lithium Batterie nach einem Fahrzeugleben, wenn es keinen Crash, Rempler et cetera gegeben hat?
Im besten Fall kann man nach einem normalen Fahrzeugleben von einem unveränderten Sicherheitsstand ausgehen. Wobei man dabei auch die Nachnutzungsmöglichkeiten in Betracht ziehen muss. Automobilhersteller sind keine Stromnetz- oder Solarparkbetreiber und so wie es derzeit aussieht, wollen sie das auch nicht werden. Aber auch wenn sie die Batterie an einen Dritten übergeben, braucht es eine Gewährleistung für die Sicherheit der Batterie. Das ist ein Riesenthema.
Weil man sich in einem rechtlichen Graubereich befindet?
Genau. Deshalb gibt es in unserem Projekt auch ein Linz Institute of Technology (LIT) Law Lab, in dem wir die rechtlichen Fragestellungen bearbeiten. Die Lithium Batterie war ursprünglich für ein Fahrzeug gedacht und hat im zweiten Leben eine ganz andere Aufgabe. Ist das rechtlich überhaupt zulässig und wenn ja, welche rechtlichen Rahmenbedingungen sind zu beachten? Außerdem ist auch die Frage offen, ob es unter diesen Umständen eine Gewährleistung geben kann.
Bei der Gewährleistung ist zunächst unklar, wem die Batterie gehört. Man kann Batterien von E-Fahrzeugen ja auch mieten. Gehört sie dann dem Hersteller oder der Privatperson – und wie kann man sie überhaupt an einen Dritten übergeben? Wenn ich sie als Privatperson weitergebe, muss ich dann dafür einstehen, dass sie funktioniert?
Noch vor der Gewährleistung gibt es allerdings das Abfallwirtschaftsgesetz. Wenn eine Batterie ihr erstes Leben hinter sich hat, ist sie eigentlich Abfall. Es ist noch unklar, wie man damit umgehen kann.
Bei der Nutzungsart ist fraglich, ob es rechtlich zulässig ist, eine Lithium Batterie, die für ein Fahrzeug entwickelt wurde, in ihrem zweiten Leben in einem Energiespeicher zu nutzen? Und wenn ja, welche Gesetzgebung gilt in diesem Fall?
Das sind die ungeklärten Fragen, die wir in dem Projekt zumindest einmal erfassen.
Danke für das Gespräch.
Bild: Christian Ellersdorfer (links) bei der Batterien-Crashanlage des Battery Safety Center Graz(c) © Lunghammer – TU Graz
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