Forschung in Wuppertal - Batterien mit einem zweiten Leben

Das Wuppertaler Unternehmen Second Life Batteries verfolgt das Ziel, gebrauchte Autobatterien für einen zweiten Lebenszyklus aufzubereiten. Hierfür läuft noch bis Mai 2027 in Zusammenarbeit mit der Bergischen Universität und anderen Partnern das Forschungsprojekt „Re-use“.

Ein Elektroauto braucht eine starke Batterie, um eine gewisse Fahrdynamik und Reichweite zu erreichen. Diese erfüllt etwa acht Jahre lang erfolgreich ihre Aufgaben und wird anschließend normalerweise ausgebaut und recycelt. Für Stefan Naust und Gerd Kluge, Geschäftsführer des Wuppertaler Unternehmens Second Life Batteries, kommt dieser Schritt deutlich zu früh. „Diese Batterien erfüllen die Anforderungen in ihrem ersten Lebenszyklus zwar nicht mehr, sind für weniger anspruchsvolle Anwendungen als statio­näre Energiespeicher für Mehrfamilien­häuser sowie kleine und mittlere Gewerbe­betriebe aber weiterhin tauglich“, berich­tet Naust. Deshalb haben sich die Geschäftspartner zum Ziel gesetzt, gebrauchte Autobatterien für einen zweiten Lebenszyklus aufzubereiten.

Hierfür haben Stefan Naust und Gerd Kluge gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Elektromobilität und Energiespeichersysteme der Bergischen Universität Wuppertal, dem Messgeräte-Hersteller Keysight und dem Batterie-Recycling-Unternehmen BLC das Forschungsprojekt „Re-use“ ins Leben gerufen, das vom Land Nordrhein-Westfalen und der Europäischen Union bis Mai 2027 mit insgesamt rund 2,3 Millionen Euro gefördert wird.

In ihrem Projekt entwickeln die Partner Methoden, mit denen der Zustand der ge-brauchten Batterien ermittelt und bewertet werden kann. Zudem sollen Klassifizierungsstrategien sicherstellen, dass die Batterien eine ausreichende Leistung und Sicherheit für weitere Anwendungen bieten. „Wir fokussieren uns zurzeit auf den Bau von stationären Energiespeichern, die aus Autobatterien erstellt werden. Mit unseren regionalen Kunden analysieren wir deren individuellen Bedarf und planen hierfür maßgeschneiderte Speicherlösungen mit ,Second Life‘-Batterien. Uns geht es um einen echten ,Re-Use‘ – also um eine Nutzung der Batterie in der bestehenden Form, und nicht um Recycling und damit die Zerlegung der Batterie in deren Bestandteile, um damit neue Produkte herzustellen“, erklärt Kluge.

Üblicherweise muss die Batterie eines E-Fahrzeugs nach acht Jahren ausgetauscht werden, obwohl ihre Kapazität noch 50 bis 80 Prozent beträgt. Werden diese Batterien recycelt, ist das nicht nur extrem unwirtschaftlich, sondern auch äußerst arbeits- und zeitintensiv. Werden die Batterien dagegen für einen zweiten Lebenszyklus aufbereitet, „kann die Ressourceneffizienz deutlich gesteigert werden“, sagt Prof. Benedikt Schmülling, Inhaber des Lehrstuhls für Elektromobilität und Energiespeichersysteme an der Uni Wuppertal. Im Batterielabor der Universität werden Untersuchungen und Langzeittests durchgeführt. Außerdem wird dort ein Batterie-Management-System entwickelt, das auf viele verschiedene Batterietypen zugreifen und auch die verschiedenen Batteriezustände individuell steuern und teilweise korrigieren kann.

Eine der vielen Herausforderungen sind die verschiedenen Batteriemodelle, die die Auto- und Batteriehersteller entwickeln. „Die Batterien besitzen unterschiedliche Geometrien, Zellchemien und Spannungsniveaus. Oftmals werden innerhalb einer Autoserie verschiedene Batterien verbaut. Dies führt dazu, dass die ,Re-Use‘-Batterien in sehr vielen verschiedenen Bauweisen und Ausstattungen bei uns ankommen. Noch dazu kommt, dass jedes Auto anders benutzt wurde, sodass der Alterungs- und Verschleißzustand einer jeden Autobatterie unterschiedlich ist“, erklärt Projektkoordinator Stefan Naust. Im Prinzip sei jedoch fast jede Batterie für den zweiten Gebrauch geeignet. Die Schwierigkeit bestehe jedoch darin, die Kapazität und die verbleibende Anzahl von Ladezyk­len schnell und zuverlässig zu bestimmen. „Nur wenn diese Angaben vorliegen, ist eine solche Batterie zum ,Re-Use‘ marktfähig.“ Dieser Problematik versucht das Forschungsprojekt zu begegnen, indem die Projektpartner ein Prüfgerät zur Schnelldiagnose und Identifizierung der verschiedenen Batterien und Batteriezustände entwickeln.

Mittlerweile läuft das Projekt seit fast zwei Jahren. In dieser Zeit konnten bereits wesentliche Fortschritte bei der Entwicklung und Optimierung von Prüfverfahren erzielt werden, mit denen gebrauchte Batterien bewertet werden können. „Die Prüfung gebrauchter Batterien erfolgt nun schneller und mit weniger technologischem Aufwand. Zudem haben wir Algorithmen zur automatisierten und zuverlässigen Auswertung sowie Katego­risierung der Messergebnisse entwickelt“, berichtet Schmülling. Ein weiterer zentraler Meilenstein ist die Entwicklung eines kostengünstigen, modularen Batterie-Management-Systems, das speziell für Second-Life-Batterien konzipiert ist und bereits zur Erfassung und Analyse von Zell- und Systemzuständen eingesetzt wird.

Zum Ende der Förderphase im Mai 2027 will Second Life Batteries im Forschungskonsortium mindestens zwei Prüfgeräte entwickelt und ausführlich getestet haben, um Autobatterien verschiedener Größen und Bauweise mittels Kurztest realistisch beurteilen zu können. „Unser Ziel ist es, mehrere Speicher in unterschiedlichen Größen, basierend auf gebrauchten Batterien, aufzubauen, zu betreiben, die Daten aus der realen Nutzung zu sammeln und aus den statistischen Auswertungen die vorher getroffenen Prognosen zu verifizieren.“

Die Chance, nach der Förderphase auf dem Markt zu bestehen, sehen Stefan Naust und Gerd Kluge als sehr realistisch an: „Wir sehen uns in der Lage, Energie­speicher in den Größen von 50 bis 500 Kilowattstunden wirtschaftlich herzustel­len. Unsere Berechnungen zeigen, dass Anwender über die Lebensdauer des Speichers mit ,Re-Use‘-Batterien weniger Kosten haben als mit gleich großen Neugeräten. Der hohe Bedarf an stationären Energiespeichern zur Förderung der Energiewende stellt die Nachfrage dar, die wir mit der ,Second Life‘-Nutzung bedienen können.“

Text: Justine Holzwarth