"Behandelt AKKUS richtig!" 🔋 Forscher seziert KAPUTTE Batterien - Prof. Waldmann

00:00:00: Da stand im Datenblatt drin, diese Zelle kann mehrere tausend zügeln.

00:00:03: Wir haben die Zelle getestet und konnte achtzig zügeln.

00:00:06: Die ist einfach sehr viel schneller gealtert als der Hersteller das angegeben hat.

00:00:10: Wir haben viele, sehr viele Zellen schon geöffnet im Prinzip tausende so über die letzten zehn Jahre.

00:00:15: Der Grund warum wir das machen ist... ...wir wollen einfach wissen was ist der Grund für die Alterung?

00:00:19: Das findet man eben vor allem dann raus wenn man diese Zellen öffnet in der Postmortem-Analyse.

00:00:23: Es kann zum Beispiel sowas sein wie dass einzelne Zellen in einem Pack aus irgendeinem Grund etwas anders sich verhalten haben als andere und dann eben es z.B.

00:00:33: in so einer Zelle zu einer von mehreren Gasbildungen kamen, was wir zum Beispiel gesehen haben.

00:00:38: Es gibt ja dieses Lithiumplating in Lithium-Ionenzellen und was wir kürzlich gesehen haben ist dass es eben auch Natriumplatings in Natrium-Ionzellen gibt.

00:00:46: Und da scheint's auch so zu sein das es auch wie bei Lithium ionzellen bei tiefen Temperaturen vor allem dann vorkommt.

00:00:58: Willkommen bei Geladen!

00:00:59: Dein Lieblings Batterie Podcast für Elektromobilität, Energiewende und Batterieforschung.

00:01:04: Wir haben heute Das Thema Batteriedegradation.

00:01:08: Hier auf dem Tisch.

00:01:09: vielleicht kriegen wir auch den ein oder anderen Tipp von unserem Experten, wie man die Batteriealterung verhindert oder möglichst lange rauszögert.

00:01:16: Bevor wir loslegen liebes Publikum, drückt doch gerne mal auf abonnieren oder auf Like wenn euch gefällt was wir hier so machen!

00:01:23: Wir haben den perfekten Gast für den heutigen Podcast und zwar Professor Thomas Waldmann.

00:01:27: Grüß dich

00:01:28: Hallo

00:01:29: Thomas, du bist Teamleiter für Postmortem-Analysen und Alterungsmechanismen am ZSW.

00:01:35: Du bist Forschungsgruppenleiter im Helmholtz-Institut in Ulm.

00:01:38: Und du leerst auch an der Universität Ulm im Bereich der physikalischen Chemie?

00:01:43: Ja die Alterung von Lithium-Ion Batterien – was passiert da eigentlich auf Zellebene?

00:01:48: Die Menge an Energie, die so eine Batterie speichern kann, nimmt mit der Zeit ab über die Monate und Jahre ganz langsam Und der Grund dafür sind einfach Altungsmechanismen.

00:01:58: Das heißt, es gibt so in der Batterie chemische Reaktionen die ganz langsam ablaufen.

00:02:04: aber das sind eben so Nebenreaktion die man nicht haben will und die führen dann halt dazu dass zum Beispiel Lithium-Ionen eingefangen werden und da nicht mehr zum Laden oder Entladen zur Verfügung stehen.

00:02:13: Ein Mechanismus ist zb Die Abscheidung von Lithium Metall auf der Anode sogenanntes Lithium Plating.

00:02:21: das wächst dentritisch.

00:02:23: Daher kommt dieses den dritten Wachstum.

00:02:25: Ein anderer Erhaltungsmechanismus ist einfach, dass auf der Anode ein Film immer weiter wechseln und dicker wird.

00:02:32: Und in beiden Mechanismen ist es halt so das dabei Lithium-Ionen sozusagen verbraucht werden die dann nicht mehr... zur Kapazität der Zelle beitragen können.

00:02:39: Jetzt gibt es ja auch ganz viele Leute, die sagen naja ich benutze meine Batterie gar nicht so häufig und verhindere damit das altern grundsätzlich.

00:02:49: jetzt sagst du aber es gibt auch ein kalendarisches Altern einer Batterie.

00:02:54: insofern kann man wahrscheinlich am Ende das nicht komplett aufhalten.

00:02:58: die Alterung oder?

00:02:59: Man

00:02:59: kann die Alterungen, wenn man bestimmte Tricks anwendet.

00:03:02: Kann man die verlangsamen und man kann sie auch vielleicht sehr verlangsamen aber man kann sich nicht komplett auffalten.

00:03:08: Die kalendarische Alterung findet eben auch statt, wenn eine Batterie einfach nur lagert.

00:03:12: Und je nachdem wie man die Lager zum Beispiel bei welcher Temperatur oder bei welchem Ladezustand hängt es dann davon ab, wie langsam die Alterum dann wird.

00:03:21: Jetzt gibt's in diesem Podcast auch immer wieder die Frage, wie lange leben Batterien grundsätzlich?

00:03:26: Da müssen wir mal über die Definition des Ende eines Batterie-Lebens sprechen.

00:03:32: Wann sprecht ihr Forscher davon, dass eine Batterie tot kaputt ... Ich weiß nicht was ihr dafür für Namen habt.

00:03:40: Das Ende des Lebens!

00:03:40: Wenn

00:03:41: ne Zelle neu ist hat sie sozusagen hundert Prozent und dann nimmt diese Kapazität ganz langsam ab.

00:03:50: das Ende des Lebens der Batterie erreicht, sagt man.

00:03:53: Aber im Endeffekt ist es so, dass man die noch wesentlich länger weiter nutzen kann.

00:03:57: Also wenn man zum Beispiel daran denkt, man hat ein Smartphone, das von der Batterier nur noch fünf Minuten läuft dann kann man natürlich das einfach über einen USB-Kabel anstecken und als stationärer MP III Player noch weiterverwenden.

00:04:10: Beim Fahrzeug kann man das dadurch nicht machen.

00:04:12: Das kann man ja nicht anstechen und damit fahren.

00:04:15: aber was man da machen kann ist einfach die Fahrzeugbatterien in einem sogenannten Second-Life Nutzung weiterverwenden, zum Beispiel als stationären Speicher.

00:04:24: Das haben z.B.

00:04:25: Projektpartner von uns gemacht, nämlich E-Netz Südhessen.

00:04:27: Die haben Fahrzeugbatterien genommen, also benutzte Fahrzeug-Baterien aus E-Autos und diese dann im sogenannten Quartierspeicher verbaut.

00:04:36: Also das heißt sie haben im Prinzip ein Container aufgebaut, indem die gealterten Fahrzeug Batterien drin waren um eben zur Netzstabilisierung beizutragen.

00:04:48: Jetzt sind wir aber in einem Podcast.

00:04:49: Da geht's um Batterie-Tipps, damit die Lebensdauer der einzelnen Batterien unserer Hörer möglichst lange ist!

00:04:56: Wir springen direkt in die Tipps rein – bitte sei mal so konkret wie möglich.

00:04:59: hier schreibt Hans Zapp auf YouTube Ich habe meine Powerbank im heißen Auto liegen lassen.

00:05:07: Da drin waren circa fünfzig Grad, schreibt er, seitdem funktioniert sie nicht mehr so gut.

00:05:13: Kann ich die verlorende Kapazität irgendwie durch einen Trick reanimieren slash reaktivieren?

00:05:20: Ja das kriegen wir ziemlich häufig.

00:05:21: diese Frage irgendwie per E-Mail oder in YouTube gestellt ist es irgendwie möglich Lithiumion Batterien so aufzubereiten dass verlorne Kapazitätsrück kommt?

00:05:31: Das Problem ist, dass diese Reaktionen die eine Batterie ablaufen eben nicht reversibel sind oft.

00:05:37: Also das heißt, die Batterie hat eine zu hohe Temperatur gesehen und jetzt geht es nicht mehr zurück.

00:05:43: Nur kurzhohe Temperaturen ist meistens kein Problem.

00:05:46: Seitens führt dann zum Beispiel dazu dass sich irgendwie Gas bildet in der Zelle und die öffnet sich dann und dann hat man eben wirklich eine komplett zerstörte Zelle eigentlich.

00:05:56: aber wenn sie noch ein bisschen Kapazität hat ja dann kann man die noch nutzen aber das Problem kann's eigentlich nicht wieder zurückbekommen.

00:06:03: Also schade Hans, an der Stelle wohl eine Absage.

00:06:06: jedenfalls interpretiere ich deine Antwort Thomas so.

00:06:08: Grundsätzlich jetzt reden wir über Temperatur gleich über Schnellladen und über Minustemperaturen und dann vielleicht über operative Fenster die man ein bisschen einschränken kann.

00:06:19: Jetzt noch mal zu dieser hohen Temperatur.

00:06:20: in diesem Auto hat das jetzt einen besonderen Altungsmechanismus Der Zelle hervorgerufen.

00:06:26: Gibt es da einen bestimmten Mechanismus, der innerhalb der Zelle jetzt wahrscheinlich aufgetreten ist?

00:06:31: Ja

00:06:31: also bei hohen Temperaturen in Lithium-Johnenzellen ist es halt oft so dass da eben ein Film auf der Anode wächst, der eben immer dicker und dicker wird.

00:06:39: diese Filmbildung die geht eben eigentlich sehr sehr langsam.

00:06:42: wenn das jetzt plötzlich aufgedrehten ist vielleicht nur eine Woche lang bei fünfzig Grad Celsius, dann ist es wahrscheinlich so dass da noch was größeres passiert ist.

00:06:50: Dass sich zum Beispiel Gas gebildet hat in der Zelle durch eben so eine chemische Nebenreaktion und das ist im Allgemeinen so, dass halt höhere Temperaturen solche Nebenreakzionen einfach beschleunigen also dass sich zb gas gebildete hat und dann dieses Gas den Druck in die Zelle erhöht hat und dadurch eben sozusagen das Ventil aufgingen und dann kommt ja auch Luft in die zellerein, dann gibt's doch andere Nebenreakte Und dann ist die Zelle auf jeden Fall beschädigt.

00:07:15: Jetzt schreibt hier Matthias Bema auf YouTube, wie sehr schadet das Schnellladen meiner Zoe-Traktionsbatterie?

00:07:23: Also wahrscheinlich ist es ein Renaultfahrzeug von dem er hier spricht.

00:07:27: Schnell Laden bei E-Autos – Wie sehr ist das schädlich?

00:07:30: Ich beziehe mich jetzt auf Tests, die wir selber gemacht haben mit kommerziellen Lithium-Ionenzellen die wir im Labor geladen und entladen haben bei verschiedenen Ladeströmen, zum Beispiel bei verschiedenen Temperaturen.

00:07:41: Und im Endeffekt ist es eben so dass sich da jede Zelltyp individuell verheilt wobei es halt allgemeine Trends gibt wie zb genau der das halt eine schnellere Ladung einfach typischerweise zu einer schnelleren Alterung führt.

00:07:56: aber dann hängt's natürlich auch davon ab wie das Batteriemanagement System von dem Auto das eben regelt.

00:08:01: Man kann ja zum Beispiel auch sowas machen wie am Anfang schneller laden und dann immer langsamer.

00:08:06: Das kommt eben darauf an, wie der Hersteller das implementiert hat.

00:08:09: also allgemein ist es so schnell laden beansprucht die Batterie mehr als langsam laden.

00:08:14: das ist mal das erste.

00:08:15: zweitens kommt aber auch drauf an ob man beim Schnellladen die Batteries voll lädt oder nicht.

00:08:21: das kann man selber gut beeinflussen indem man zb die Ladung einfach abbricht Und andererseits die Temperatur.

00:08:28: und bei Fahrzeugen ist es eben so, dass die Batterien temperiert werden.

00:08:32: Zum Beispiel wenn sie im Winter kalt wird, die wird vorher hochgeheizt.

00:08:35: Dadurch wird dann der negative Effekt der tiefen Temperatur stark vermindert beim Schnellladen.

00:08:42: Im Fahrzeug führt das natürlich dazu Batterieheizung, Teil der Energie nutzt die in der Batterie gespeichert ist.

00:08:51: Das heißt dann hat man eine niedliche Reichweite im Winter im Allgemeinen.

00:08:55: das ist aber ein reversibler Effekt.

00:08:57: also allgemein kann man sagen beim Schnellladen so oft wie nötig zu wenig wie möglich.

00:09:02: Dann kommen wir zum Kommentar von Lothar Heimstedt, die hat uns per E-Mail erreicht.

00:09:06: Er schreibt, ich habe meinen LFP-Heimspeicher sicherheitshalber an der Hausaußenwand platziert.

00:09:13: Jetzt lese ich das Minustemperaturen gerade LFP Zellen erheblich altern lassen.

00:09:19: Stimmt das?

00:09:20: Frag da noch!

00:09:21: Im Endeffekt ist es so, dass LFP-Zellen jetzt nicht so viel bekannt sind.

00:09:25: Meines Wissens das die bei tiefen Temperaturen besonders schnell altern.

00:09:28: Aber im Allgemeinen ist es, wenn man z.B.

00:09:30: bei tiefem Temperaturen alle möglichen Lithium-Johnen Zelltypen lädt unabhängig von der K-Tode dann können sie schnell altern also einfach durch die tiefe Temperatur alternt sich schneller weil da ein bestimmter Allungsmechanismus getriggert wird.

00:09:45: Also wenn wir zum Beispiel nicht lädt dann sind also bei der kalendarischen Alterung dann sind tiefe Temperaturen sogar vorteilhaft.

00:09:53: Aber hier, wenn es jetzt zum Beispiel im Winter sehr kalt ist aber trotzdem die Sonne stark scheint wird ja die Batterie unter Umständen mit einem hohen Strom aufgeladen und dann kann das zu einer schnelleren Alterung führen gerade bei tiefen Temperaturen, aber das ist nicht allgemein nur so bei LFP-Zellen sondern bei allen Lithium-Johnenzellen.

00:10:11: was letztendlich hier passiert ist dass bei tiefem Temperatur eine Aaltung an der Anode stattfindet, also am Grafit das bedeutet.

00:10:20: Vor allem bei tiefen Temperaturen wird eben Lithium-Metall teilweise auch auf die Anode abgeschieden, anstatt dass die Lithiumionen in die Schichtsstruktur des Grafits interkalieren.

00:10:31: und deswegen weil es eben auf der Anodestadt findet ist es weitgehend unabhängig von der K-Tode und nicht nur auf LFP begrenzt.

00:10:39: Und wenn man zum Beispiel nicht vorladen würde wie man im BMS das einstellen kann dass man nicht voll lädt bei tiefer Temperatur oder wenn das BMS das selbe macht, weil es zum Beispiel einen Temperatursensor verbaut hat.

00:10:52: Dann regelt das Bms unter Umständen von selber ab bei tiefen Temperaturen also begrenzt den Strom bei tiefem Temperaturens.

00:10:59: Was natürlich gut ist, ist, dass die Batterie an der Hauswand platziert ist, da strahlt natürlich die Hauswand auch warme ab so dass die Zellen in der Nähe der Hauswands sind auch eher eine höhere Temperatur und dafür dies ist also eher gut.

00:11:14: Und was man allgemein bei sowas beachten sollte, ist das steht im Datenblatt des Speicherherstellers zu Umgebungstemperatur.

00:11:20: Also darf man so einen Speicher im Außenbereich einbauen oder nicht?

00:11:26: Oder es sollte eher im Keller platziert werden weil im Keller hat man natürlich typischerweise... Ehr so fünfzehn bis zwanzig Grad Celsius, was eigentlich eine ganz gute Temperatur ist von der langen, lebige Batterie.

00:11:36: Für die Sicherheit ist es im Prinzip ja besser wenn man den Speicher nicht im Haus hat.

00:11:41: Andererseits kann man natürlich sagen das LFP eigentlich dafür bekannt ist dass es eher eine sichere Zellchemie ist.

00:11:47: deswegen kann man zählen mit LFP ich meine Meinung nach auch im Keller einsetzen.

00:11:53: Jetzt kommt eine Frage von Ingo Ferens oder einer Aussage, er schreibt leider haben wir unsere ersten Bosch E-Bike Batterien immer bei einhundert Prozent Ladezustand gelagert.

00:12:04: angeblich ist das sehr schlecht für die Alterung?

00:12:07: Genau so.

00:12:08: das entspricht auf meiner Erfahrung also dass einfach während dem lagern bei hohen ladeszuständen also zum beispiel vollgeladen nämlich.

00:12:17: Das führt im Allgemeinen zu einer schnelleren Alterung wie so ein mittlerer Ladezustand.

00:12:23: Also was auch nicht ganz gut ist, wenn man jetzt zum Beispiel die Zellen lagert während sie entladen sind weil dann kann es nämlich durch Selbstentladungen auch zur sogenannten Tief-Entladung führen.

00:12:35: das ist sogar noch schädlicher vielleicht für die zellen.

00:12:37: aber im Endeffekt kann man sagen ja hohe Lade zustände beim Lagern ist auf lange Zeit nicht gut Was am besten hier wäre.

00:12:46: niedige Temperaturen sind besser während dem Lagern.

00:12:50: Da würde ich jetzt nicht zu tief gehen, also ich würde jetzt nicht mein E-Bike Akku in der Gefriertruhe lagern oder so.

00:12:56: Da reicht normalerweise die Temperatur vom Keller aus.

00:12:59: und Achtung wenn man jetzt ein E- Bike Akku kalt lagert dann sollte man bedenken dass man vor dem ersten mal wieder aufladen ein paar Stunden den an Raumtemperatur anpasst so vielleicht ungefähr drei stunden lang.

00:13:11: Thomas Jetzt kommt die entscheidende Frage für unser Publikum Wie können unsere Hörer das Batteriemanagement so programmieren, dass die Zyklen so fahren?

00:13:22: Dass sie halt Eralterung der Batterien möglichst verhindert.

00:13:26: Vielleicht sogar ganz

00:13:27: abstellt!

00:13:28: Also wenn quasi das Batteriemanagement die Möglichkeit bietet, da was einstellen kann dann kann man verschiedene Dinge tun.

00:13:36: Einmal kann man zum Beispiel sagen, man lädt die Batterie nicht ganz voll also zb.

00:13:41: Neunzig Prozent Ladezustand ist ein guter Wert der zu einer wesentlich langsameren Alterung im Allgemein führt wie hundert Prozent.

00:13:49: Das ist schon mal ein Punkt!

00:13:50: Dann kann man sagen, wenn man langsamer lädt also die sogenannte C-Rate reduziert dann wird die Alterung auch langsame.

00:13:58: Also wenn man zum Beispiel nicht lädt innerhalb eine halben Stunde oder innerhalb einer Stunde sondern innerhalb von fünf oder zehn Stunden.

00:14:06: das langsamt auf jeden Fall die Alterungen und verlängert die Lebensdauer von Batterien.

00:14:11: Und da ist gleich meine Nachfrage, kann man das denn überall einstellen?

00:14:15: Bei meinem Telefon beispielsweise, Apple macht es automatisch bis ... Achtzig Prozent.

00:14:19: Die Schnelligkeit auch wenn ich mit dem Schnelllader davor lade, kann nicht gar nicht einstellen!

00:14:24: Wie sind das bei anderen E-Autos Heimspeichern und so weiter?

00:14:28: Bei Manchen da kann man es tatsächlich einstellen, wahrscheinlich nicht bei allen.

00:14:34: Es gibt auf jeden Fall, bei Heimspeichern gibt's auch welche, wo eine App dabei ist, wo man das dann einstellen kann Eventuell auch machen kann, ist halt ein Ladegerät verwenden was gar nicht so viel Leistung liefert.

00:14:44: Dann lädt man im Prinzip ja auch langsamer.

00:14:46: oder zum Beispiel man hat eine Wallbox bei einem Fahrzeug das einfach auch weniger Kilowatt Leistungen anbietet dann wird auch langsam geladen dauert es natürlich halt auch länger.

00:14:56: jetzt

00:14:56: lasst uns mal reden über des Zelldesign grundsätzlich also wie die Zelle selbst vom Hersteller geschnitten ist irgendwie designed is.

00:15:06: Da ist es ja auch schon offensichtlich entscheidend, wie diese Zelle grundsätzlich altert.

00:15:11: Beim Zelldesign gibt's sehr viele Faktoren, wie man das Zell-Design beeinflussen kann.

00:15:14: Das sind einmal die Anoden, die Kattoden der Elektrolyd, das Separator und so weiter also alle Komponenten, die in der Zelle eben drin sind.

00:15:23: Zum Beispiel ist es ja so, dass die Alterung oft auf der Anodenseite stattfindet.

00:15:27: Die Anodes besteht ja oft aus Grafit oder Silizium mit Grafit und deswegen hängt es natürlich davon ab welcher Grafit wird da verwendet.

00:15:36: aber es ist halt auch so das während der sogenannten Formierung also während den Ostenzyklen die der Zellhersteller mit der Zelle durchführt bildet sich die sogenannte SEI Film Solid Electrolyte Interface dieses SEI-Films, die ist auch entscheidend für die Alterung.

00:15:54: Also das heißt was der Zellhersteller in der Formierung macht, beeinflusst es auch entscheidamente wie die Zelle am Ende altert.

00:16:04: und wir haben zum Beispiel gefunden für kommerzielle Zellen mit Silizium Grafitanoden dass es bei manchen Silizienarten eben so ist, dass das Silizum dann sozusagen weggaltert und dann die Anode nicht mehr so viel Kapazität aufnehmen kann.

00:16:16: Das kann dann wieder um den anderen Alterungsmechanismus triggern.

00:16:20: Oder was wir z.B.

00:16:21: in Rundzellen gesehen haben, ist das Rund- und Wickelzellen, die sind ja so aufgebaut, dass die Elektroden aufgewickelt sind.

00:16:29: Dass sich da eben während der Alterung bei manchen Zelltypen dieser Wicke so verformt.

00:16:35: Und diese Verformung geht immer von Inhumogenitäten aus.

00:16:40: Strom Ableiter angeschweißt sind auf den Elektroden.

00:16:43: Und wir haben zum Beispiel herausgefunden, wenn wir Zellen bauen die ein sogenanntes Tabless Design haben also das heißt die keine aufgeschweißten Strom Apleite haben.

00:16:51: das ist eigentlich wie das Design des Tesla verwendet in seinen Rundzellen.

00:16:55: dann können wir das verhindern diese wirklich Verformungen.

00:16:58: Wir kennen zylinderisch, wir kennen Pouch und wir kennen prismatisch welche dieser Zellform altert denn am schnellsten?

00:17:05: Alle diese Zellformate haben ihre Vor- und Nachteile.

00:17:08: Aber man kann nicht sagen, dass einer davon schneller alltet oder langsam.

00:17:11: Das hängt eher von den Elektronen der Zellchemie ab.

00:17:15: Also weil man kann nämlich im Prinzip jede Zellchemie auch nahezu in jedes Zell-Format einbauen.

00:17:21: Man kann zellen bauen die prismatisch sind, Pouchs oder Rundzellen mit verschiedener Zellchemistry.

00:17:28: Davon hängt es eigentlich eher ab von der Zellechemie.

00:17:31: Das ist jetzt auch der große Unterschied, warum Anwendungspaterien für Smartphones beispielsweise anders altern als für Gartengeräte?

00:17:39: Für Drohnen oder E-Autos oder sogar ELKW.

00:17:42: Einmal ist es natürlich so dass da unterschiedliche Batterien verwendet werden die grundsätzlich schon mal anderes altern.

00:17:47: aber andererseits hängt's natürlich auch vom Nutzungsverhalten ab.

00:17:50: also das heißt zum Beispiel ein Smartphone dass man ja jeden Tag mehrere Stunden verwendet und eigentlich vielleicht auch einmal am Tag wieder auflädt, also das heißt im Jahr ungefähr dreihundertfünfundsechzig mal wieder auflädt.

00:18:02: Ist es was ganz... Also ist ein ganz anderes Nutzungsverhalten wie zum Beispiel bei einem Gartengerät, dass man vielleicht nur einmal in der Woche auflässt, das heißt ungefähr fünfzigmal im Jahr halt aufläht.

00:18:12: Beim Elektroauto ist es halt so die meiste Zeit parkt es im Prinzip, das heißt man hat während dem Parken eigentlich eine kalendarische Alterung.

00:18:20: Die ja allgemein langsamer ist wie die zügliche Alterung.

00:18:24: und nur werden man das Elektroauto auflädt.

00:18:26: also zum Beispiel wenn man eine längere Stecke mit der Autobahn fährt und da eben oft in den Rassstätten manchmal schnell lädt oder so oder wenn man eben alle paar Tage mal das Auto aufläht dann hat man eben noch ne zyklische Komponente mit dabei.

00:18:41: und auch beim Elektroautor ist es auch so dass Auch nur davon abhängt, wie ist das Gelände?

00:18:45: Also fahre ich ein Berg rauf oder runter.

00:18:47: Das heißt da wird eben mehr oder weniger Strom verbraucht und auch wieder rekomporiert.

00:18:53: In welchem Klima in welcher Klimazone sich das Fahrzeug verwendet, sprich welche Temperaturen hat man oder auch wie es das Fahrprofil hat man eher einen Fahrer der mehr aufs Gas drückt oder einer, der eher konservativ fährt.

00:19:05: Und dann zum Beispiel im Elektrotruck ist es wiederum anders als im Auto.

00:19:08: Da ist es eben so dass Er weniger kalendarische Haltung hat sondern mehr zyklische Alterung, weil man da eben möglich dieses Fahrzeug ausnutzen will und möglichst viel fahren will.

00:19:18: Also man sieht in diesen ganzen Anwendungen das ist das sind die die Betriebsbedingungen alle einfach ganz anders.

00:19:24: jetzt haben uns auch ganz viele emails erreicht, da komme ich jetzt erst gerade drauf während wir sprechen.

00:19:30: Da gab es eine neue Studie die hat herausgefunden das ist dass die Fahrdynamik bei E-Autos also hohe Ströme sogar gegen die Alterung wirken.

00:19:39: Hast du dazu irgendeine Erkenntnis?

00:19:41: Wenn man im Labor eine Zelle altert das heißt dann lädt und entleidet man die ganze Zeit Dann alterts schneller wie zum Beispiel in der Anwendung wo man viele Wartezeiten drin hat.

00:19:51: Also ein dynamisches Verhalten.

00:19:54: Die Studie ist mir bekannt genau und tatsächlich ist es so, dass man da wahrscheinlich noch mehr Forschungsaufwand reinstecken muss um das genau zu verstehen.

00:20:01: Fragen wir doch mal ganz kurz unsere Zuschauer, liebes Publikum.

00:20:04: Ich hab euch die Studie noch einmal unter dem Podcast verlinkt.

00:20:07: Wird mich mal sehr interessieren was ihr dazu sagen habt.

00:20:09: vielleicht auch aus Anwendersicht seid ihr sehr dynamischer E-Autofahrer und seht eine geringe Degradation bei eurer Antriebsbatterie wäre super interessant zu hören.

00:20:19: Thomas jetzt springen in den nächsten Bereich rein und zwar Postmortem-Analysen.

00:20:23: Ihr untersucht und analysiert ja die Alterungsmechanismen bei Batteriezellen hinter sich haben, die aus meiner Sicht kaputt sind.

00:20:34: Erzähl mal genau was ihr euch da anschaut wie ihr euch die toten Batterien anschaut und ja wie er das am ZSW überhaupt tut?

00:20:41: In meinem Team am ZSSW öffnen wir Batteriezellen also steht eigentlich auf jeder Batteriezelle drauf nicht öffnend aber wir wissen was wir tun.

00:20:49: deswegen machen wir das.

00:20:50: Wir haben sehr viele Zellen schon geöffnet im Prinzip Tausende so über die letzten zehn Jahre Und der Grund, warum wir das machen ist.

00:20:58: Wir wollen einfach wissen was ist der Grund für die Alterung?

00:21:00: Das findet man eben vor allem dann raus wenn man diese Zellen öffnet in der Postmorte im Analyse.

00:21:05: Also das heißt was wir eigentlich machen ist, wir nehmen eine Zelle Die gealtert ist und wir nehmen dann eine Zälle des gleichen Typs die nicht gealterte sind und diese beiden vergleichen wir dann.

00:21:16: Dann schauen wir uns im Prinzip an Wenn wir diese zellen beide geöffnet haben mit chemisch-analytischen Methoden Was sind da die Unterschiede?

00:21:23: Das sind eben die Altungsmechanismen.

00:21:25: Das heißt, wenn ich dir jetzt eine kaputte Zelle geben würde und würd' dich fragen wie ist die gestorben?

00:21:32: Das können wir auf jeden Fall rausfinden.

00:21:34: Genau das ist das was wir tagtäglich machen.

00:21:37: Raus finden warum funktioniert ne Zelle nicht?

00:21:40: zum Beispiel gibt's verschiedene Fragestellungen zum Beispiel warum es die Zelle gealtert war der Altungsmehnismus.

00:21:45: aber was wir auch machen sind wir untersuchen zb auch Schadensfälle.

00:21:48: also warum hat sich ein Schadenzfall eignet mit einer bestimmten Zelle?

00:21:55: Da finden wir eben raus, was die Ursache ist.

00:21:57: Das können wir auf jeden Fall.

00:21:58: gerade bei Schadensfällen ist es so da kommen oft Kunden auf uns zu, die das untersucht haben wollen unabhängig und da kann man eigentlich sagen Es ist jedes mal ein anderes Grund.

00:22:09: Das kann zum Beispiel sowas sein wie dass einzelne Zellen in einem Pack aus irgendeinem Grund etwas anders sich verhalten als andere und dann eben ist zb in so einer Zelle zu einer von mehreren Gasbildungen kam, was dann letztendlich das Ventil der Zelle geöffnet hat.

00:22:26: Und dann gibt es eben zum Beispiel eine Zelle in so einem Pack, die nicht mehr funktioniert und wenn z.B.

00:22:34: solche Zellen seriell verschaltet sind, dann funktioniert diese gesamte Strang nicht mehr.

00:22:39: Der Hersteller will wissen, dass der Grund war damit er das beim nächsten Mal verhindern kann.

00:22:44: Ihr habt aber jetzt nicht darüber zu entscheiden als Sachverständige ob eine Garantie greift oder so?

00:22:50: Wir tragen zu dieser Entscheidung bei, aber wir entscheiden es nicht selber.

00:22:54: Also ihr analysiert jetzt die Batteriezellen, die auf irgendeine Art und Weise defekt sind, gestorben sind?

00:23:00: Welche Methoden und Tools kommen denn da in der Wissenschaft zum Einsatz, die ihr am ZSW verwendet?

00:23:06: Wir haben eben verschiedene Tools, verschiedene Workflows wie wir an die Sache rangehen.

00:23:11: Im Allgemeinen schauen wir uns halt die Zellkomponenten an das heißt Anoden, Kattoden, Separatoren, Elektrolyt Und da gibt es eben verschiedene physikalisch chemische Methoden, mit denen man die analysieren kann.

00:23:23: Typischerweise verwenden wir zum Beispiel ein Raster-Elektronen-Mikroskop.

00:23:27: Das heißt das ist ein Mikroskop, das nicht wie ein Lichtmikroskop im Licht verwendet, sondern Elektronen um sich die Oberfläche der Anoden und Katonen zum Beispiel anzuschauen.

00:23:38: Dann sieht man häufig dass sich zum Beispiel Abscheidungen gebildet haben auf der Anode und Oberflächen und da gibt es noch andere Tools, wo man chemisch feststellen kann welche Elemente vorhanden sind.

00:23:49: Und zum Beispiel findet man oft dass Elemente also chemische Elemente von der Kattode sich auflösen zb Mangan das dann durch den Elektrolyt durchwandert und dann auf der Anode wieder zu finden ist.

00:24:00: Das ist auch ein typischer Altungsmehnismus den wir so sehr häufig sehen.

00:24:04: Thomas, du hast in Verlaufe deines Forscher-Lebens ja schon wirklich Tausende Zellen analysiert.

00:24:08: Du hast dir auch mal in letzter Zeit kommerzielle Zellen natürlich angeschaut.

00:24:13: über Natrium-Ionen-Batterien.

00:24:14: sprechen wir gleich jetzt erstmal noch über die Lithiumzellen.

00:24:18: was hast du konkret bei kommerziellen Lithium Batterien rausgefunden?

00:24:23: bezüglich der Altersprozesse, die wir vorher besprochen haben?

00:24:26: Wir haben verschiedenste Lithium-Ion-Zellen uns angeschauen, verschiedenster Größen bis zu sehr großen Zellen kommerzielle Zellen, aber auch natürlich die Zellen die wir selber bauen.

00:24:37: Und allgemein kann man sagen bezüglich Alterungsprozessen ist es eben so dass in diesen kommerziellen Zellen und auch in unseren Eigenzellen eigentlich vor allem zwei Mechanismen vor allem auftretende.

00:24:47: eine ist nämlich bei tiefen Temperaturen Lithiumplating das bedeutet Lithiummetall scheidet sich auf Grafitanoden ab Und wie man weiß, also Lithium-Metall ist eben ein sehr reaktives Metall.

00:24:59: Das bedeutet an seiner Oberfläche reagiert dann dieses Lithiummetall ab mit dem Elektrolyt das es umgibt und dadurch geht eben zyklisierbares Lithium verloren.

00:25:08: Unter anderem, es muss der eher bei hohen Temperaturen auftritt eine Filmbildung auf der Anode des sogenannten SI-Wachstum und auch da zersetzt sich Elektroryt auf den Grafitpartikel in der Anоде und führt dann zum Kapazitätsverlust.

00:25:23: Und kann man jetzt diese Mechanismen eins zu eins auf die Natriumionzellen übertragen?

00:25:28: Du hast ja größtenteils Lithium-Ionen-Batterien untersucht, aber auch erste Natriumzellen.

00:25:33: Ist das quasi eins zu eines übertragbar?

00:25:35: Das ist momentan noch eine Frage in der Forschung, ob es ein zu eins übertrakbar ist.

00:25:40: Aber was wir zum Beispiel gesehen haben ... Es gibt ja dieses Lithiumplating in Lithiumionzällen.

00:25:44: und was wir kürzlich gesehen haben, dass es eben auch Natriumplatings in Natriumionenzellen gibt.

00:25:50: Da scheint's so zu sein, wie bei Lithium-Ionenzellen, bei tiefen Temperaturen eben vor allem dann vorkommt.

00:25:57: Jetzt wissen wir ja auch dass die Natrium-Ionzellen bei tieferen Temperaturenen besser performen als die eine oder andere Lithium Zellchemie.

00:26:05: aber trotzdem der Mechanismus ist gleich?

00:26:08: Das ist ne gute Frage, ob das wirklich so ist, dass sie bei tiefem Temperaturen besser performieren.

00:26:12: also bei den kommerziellen Zellen die wir bisher hatten war es nämlich nicht so.

00:26:15: Dann rede doch gerne mal über die Natriumion-Zellen, die du jetzt bestellt hast aus China.

00:26:20: Ja genau also die Frage ist immer wo bekommt man solche Zellen her?

00:26:22: Da gibt es verschiedene Quellen, die kommen natürlich aus China von einem Zellhersteller.

00:26:26: dann haben wir auch Zellen von Firmen, die solche Zällen gerne untersucht haben wollen.

00:26:32: da muss man das nicht im Hinterkopf behalten dass es eben in einem frühen Stadium der Zellentwicklung ist und diese Zellen eventuell noch nicht hundertprozentig ausgereift sind.

00:26:43: Und genau, was wir halt gesehen haben ist zum Beispiel da gab es ein Zelttyp.

00:26:47: Da stand im Datenblatt drin diese Zelle kann mehrere tausend zügeln.

00:26:51: Wir haben die Zelle getestet und die konnte achtzig zügeln.

00:26:55: Die ist einfach sehr viel schneller gealtert als der Hersteller das angegeben hat und daran sieht man, dass da noch Entwicklungspotenzial gibt also auch in China.

00:27:03: Was anderes was man zum Beispiel weiß ist, dass zum Beispiel man im Prinzip nicht eine Kupferableitopholie verwenden müsste in Natriumionzellen wie man es in Lithium-Zellen muss.

00:27:15: Man kann auch Aluminium verwenden was eigentlich billiger wäre.

00:27:18: aber in manchen kommerziellen Natriumzellen wird eben nicht Aluminum verwendet.

00:27:23: Man geht wahrscheinlich einfach von dem Zelldesign, von die Million Zellen aus und ändert dann manchmal manche Parameter ab.

00:27:34: Wenn du sowas berichtest Thomas dass irgendwie neunzig oder achtzig Zyklen für die versprochenen tausende zyklend nur realisiert werden Dann ja komme ich so ein bisschen in Versuchung zu denken Die chinesen stellen da nur Schrott her.

00:27:49: Gleichzeitig ist es aber von der Innovationsdenke eigentlich toll, dass sie zumindest irgendwo anfangen besser als wir Europäer, die ja im Prinzip ehrlich gesagt keine einzige Natriumionszelle auf die Kette kriegen das jedenfalls kommerziell so zu vermarkten.

00:28:02: Was denkst du?

00:28:03: Genau!

00:28:03: So sehe ich das auch.

00:28:04: also die fangen im Prinzip einfach an und machen das.

00:28:07: Aber das ist dann ja auch kein Wunder, da's halt manche Zelltypen gibt, die da noch nicht so gut sind.

00:28:14: Zellhersteller des Jahr und schauen sich dann an, was das Problem ist.

00:28:17: Und dann können sie natürlich weiter verbessern.

00:28:19: Eigentlich müsste man es in Europa auch so machen, dass man einfach drauf losgeht und solche Zellen herstellt.

00:28:26: Dann müssen wir eigentlich schneller werden!

00:28:29: Beste Worte jetzt zum Abschluss, Thomas.

00:28:31: Wir müssen schneller werden und das ist super interessant zu sehen wie ihr da die Batterien analysiert.

00:28:36: auch vielen Dank nochmal für deine Tipps.

00:28:38: Liebes Publikum.

00:28:38: jetzt seid ihr dran.

00:28:39: schreibt doch mal gerne in die Kommentare Wie eure Batterien so erfahrungsgemäß altern?

00:28:45: Wie habt Ihr euer Batteriemanagement programmiert?

00:28:47: In welchem operativen Ladefenster bewegt ihr euch da?

00:28:51: oder sagt ja eigentlich Ist mir alles egal, lasst die Technik das BMS einfach den Job machen und ihr vertraut darauf dass die Batterien schon weniger altern als man grundsätzlich so befürchtet.

00:29:03: Macht's gut bis zum nächsten Sonntag!

00:29:04: Bis dann Tschüss.

00:29:08: Wie immer freue ich mich, dass du zugehört hast.

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00:29:35: Bedanken wollen Daniel & ich uns wie immer, bei allen Gesprächsgästen speziell bei unseren Partnerinstituten die das hier überhaupt möglich machen!

00:29:43: Und natürlich bei all denen, die uns auch hinter den Kulissen sonst noch helfen.

00:30:04: dem Center for Electrochemical Energy Storage Ulm und Karlsruhe, eine Forschungsplattform des Karls-Rohre Instituts für Technologie und der Universität Ulm.

00:30:13: Außerdem unterstützen diesen Podcast das Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoffforschung Baden-Württemberg und das Deutsche Zentrum Für Luft & Raumfahrt.