Mittels adaptiver Schnellladefunktion Batterien länger nutzen Drei Institute der TU Braunschweig arbeiten an der Optimierung von Schnellladestrategien im Rahmen der Batterieforschung

Eine verbesserte Schnellladefunktion und längere Lebensdauer von Batterien sind zwei der Ziele, die sich Forscherinnen und Forscher an der Technischen Universität Braunschweig  vorgenommen haben. Im Projekt „FastChargeLongLife“ arbeiten drei Institute zusammen, um die Schnellladefähigkeit von Batterien über die Nutzungsdauer optimal anzupassen und Betriebsgrenzen von Batteriematerialien vorhersagen zu können. „FastChargeLongLife“ ist Teil des Kompetenzclusters „Batterienutzungskonzepte“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF).

Das Forschungsprojekt bewertet mit Hilfe von Modellen sichere Betriebsgrenzen verschiedener Batteriezellsysteme. Damit können Schnellladestrategien entlang der gesamten Nutzungsdauer optimiert und sicherheitskritische Alterungseffekte vermieden werden. Um das zu erreichen, entwickeln die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler elektro-thermische und physikochemische Simulationsmodelle, welche miteinander gekoppelt werden.

Mithilfe der Simulationsmodelle kann das schnelle Laden der Batterien während der gesamten Nutzungsphase einer Batterie adaptiv angepasst werden, so dass es zu keinen kritischen Alterungseffekten wie dem Lithium-Plating kommt, welche die Lebensdauer verschlechtern und die Sicherheit beeinträchtigen.

Zu periodischen Alterungszuständen werden Batteriezellen geöffnet und hinsichtlich Materialdegradationen untersucht. Die Ergebnisse werden genutzt, um die Modelle zu optimieren und die Methodik der alterungsabhängigen Anpassung zu prüfen. Der gekoppelte Modellansatz erlaubt dabei eine schnelle und detaillierte Bewertung verschiedener Zellmaterialsysteme hinsichtlich der Schnellladefähigkeit. Dadurch können Anforderungsprofile an Batterien frühzeitig bewertet und Innovationszyklen beschleunigt werden. Zudem können die optimierten Schnellladestrategien dazu beitragen die Ladezeit sowie Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien zu verbessern.

Partner

Beteiligt sind an dem Forschungsprojekt „FastChargeLongLife“ drei Institute der TU Braunschweig. Das elenia Institut für Hochspannungstechnik und Energiesysteme konzentriert sich u.a. auf die Entwicklung von elektro-thermischen Batteriemodellen, die modellbasierte Bestimmung von Schnellladestrategien, die Erprobung von Schnellladevorgängen an kleinen und großen Zellformaten und die Beschreibung des Alterungszustandes.

Das Institut für Energie- und Systemverfahrenstechnik (InES) entwickelt u.a. physiko-chemische Batteriemodelle, simuliert Degradationseffekten, charakterisiert interne Zelleigenschaften und bewertet verschiedene Materialsysteme zur Herstellung von Batteriezellen.

Der dritte Partner, das Institut für Partikeltechnik (iPAT) der TU Braunschweig, fertigt Elektroden und Zellen an, untersucht Gas- und Druckentstehung beim Schnellladen, analysiert den Post-Mortem-Zustand von Batterien nach dem Ende ihrer Lebensdauer und bewertet verschiedene Materialsysteme. Das iPAT unterstützt das Projekt außerdem mit Röntgendiffraktometrie (XRD), Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Infrarotspektroskopie (FTIR).

Über „FastChargeLongLife“

Das Forschungsprojekt ist Teil des neuen BMBF-Kompetenzclusters „Batterienutzungskonzepte“, das mit drei weiteren Batterie-Clustern das Dachkonzept „Forschungsfabrik Batterie“ ergänzt. Die „Batterienutzungskonzepte“ thematisieren Modul- bzw. Zell-Diagnose inklusive einer End-of-Life-Schnellcharakterisierung bzw. Zustandsbestimmung. Zusätzlich werden beschleunigte Alterungsverfahren und Sicherheitskonzepte untersucht. Das Projekt „FastChargeLongLife“ startet am 1. Oktober 2020 und endet am 30. September 2023. Die Zuwendung inklusive Projektpauschale beträgt ca. 1,18 Millionen Euro. Fördergeber ist das BMBF Kompetenzcluster Batterienutzungskonzepte (03XP0313).