Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »FaserBatt«
Das Projekt »FaserBatt« legte den Grundstein für die Entwicklung smarter Batteriezellen. Ziel war es, die Lebensdauer von Batteriezellen deutlich zu steigern.
Für den langfristigen Ausbau der Elektromobilität ist es unerlässlich, die Performance der Zellen zu verbessern und ihre Reichweite zu erhöhen. Einen Lösungsansatz für einen effizienteren und ressourcenschonenden Betrieb während der gesamten Lebensdauer können unter anderem smarte Batterien und Batteriezellen bieten.
Sensorik für eine längere Lebensdauer
Die Lebensdauer herkömmlicher Batterien hängt von der Alterung der Zellen ab, die durch lokale Temperaturanstiege und Schwankungen der Elektrodenspannungen verstärkt wird. Diese Einflüsse haben zur Folge, dass die Zellen mit der Zeit an Kapazität verlieren und ausgetauscht werden müssen.
Bei der Produktion von Batterien fallen nicht nur hohe Treibhausgasemissionen, auch der Ressourcenverbrauch seltener Rohstoffe hat durch die erhöhte Nachfrage enorm zugenommen. Für die Herstellung werden Technologiemetalle, wie Lithium und Kobalt, benötigt. Rohstoffgewinnung dieser Art hat sowohl direkte Auswirkungen auf den CO2-Fußabdruck der Batteriezelle, sondern ist auch mit ökologischen und sozialen Belastungen verbunden. Daher ist es notwendig, langfristig der Ressourcenknappheit entgegenzuwirken.
Um die Leistungsdauer von Batterien zu verbessern und damit unabhängiger von den Lieferketten problematischer Ressourcen zu werden, widmete sich das Forschungsprojekt »FaserBatt« der Entwicklung und dem Design eines multimodalen Sensors zur In-situ-Messung von Temperatur und Spannung in Batteriezellen.
Die neue Sensorik misst die thermischen und elektrischen Daten im Inneren der Zelle. Diese Daten geben Aufschluss über die Alterung der Zelle und können mittelfristig für eine intelligente Regelung der Batteriezellen genutzt werden: So lassen sich beispielsweise sogar selbstheilende Prozesse auslösen, die Alterungserscheinungen wie die Lithiumabscheidung an den Elektroden wieder rückgängig machen können. Mit einer intelligenten Sensorik, wie sie im Forschungsprojekt entwickelt wurde, lassen sich umfangreiche Daten über den Zellzustand erheben und für den ressourcenschonenden Betrieb über eine lange Zeitdauer nutzen.
Das Forschungsprojekt »FaserBatt« legte mit seinem Ansatz zur smarten Sensorik seinen Schwerpunkt auf Ressourceneffizienz und ergänzte damit die aktuell verbreiteten Forschungsarbeiten, die zumeist lediglich die Erhöhung der Energiedichte oder der Kapazität von Batterien in den Mittelpunkt stellen.
Projektpartner
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS, Dresden
Fördergeber
Das Forschungsprojekt »FaserBatt« wurde gefördert im Rahmen der Internen Programme der Fraunhofer-Gesellschaft. Förderkennzeichen: »Discover« 40-02200.