Einführung in die Batterie-Universität (1/5)

Bevor wir uns die Lithiumbatterien genauer ansehen, hier noch eine interessante Information: Bleibatterien treiben noch immer die Elektroboote auf dem Brünner Stausee an. Ihr Nachteil, das hohe Gewicht, wird hier zum Vorteil: Die schweren Batterien auf dem Boden des Schiffs dienen auch als Ballast, um das Boot zu stabilisieren, damit es nicht kentert.
 

Verschiedene Batterietypen - verschiedene Eigenschaften

Auf dem Gebiet der Lithiumbatterien gibt es zahlreiche Arten, die sich in ihren Eigenschaften, ihrer Lebensdauer und ihrem Preis unterscheiden. Derzeit gibt es keinen Universaltyp, der die Verwendung einer leichten, kleinen und preiswerten Batterie mit hoher Energie, hoher Leistung und langer Lebensdauer ermöglicht, und daher ist für jede Anwendung ein anderer Typ von Lithiumbatterie geeignet.

In der Batterie-Universität werden wir uns jede Anwendung ansehen, um zu verstehen, welche Batterien dafür am besten geeignet sind. Das nachstehende Diagramm zeigt die spezifische Batterieenergie in Wh/kg, um einen ersten Eindruck zu vermitteln.

Bei der Auswahl eines Batteriesystems für ein Fahrzeug ist es also notwendig, einige grundlegende Kriterien festzulegen, die bei der Auswahl des geeigneten Traktionsbatterietyps helfen. Gerade bei Fahrzeugen des öffentlichen Nahverkehrs, die nicht serienmäßig hergestellt werden, gibt es viele Möglichkeiten, das Fahrzeug an die Anforderungen des jeweiligen Betreibers anzupassen.

Der erste entscheidende Faktor für die Auswahl des Traktionsbatterietyps ist die Art des Fahrzeugs und seines Betriebs.

Eine Batterie, die als Reichweitenverlängerer für Hybrid-Oberleitungsbusse dient, ist nicht für Fahrzeuge geeignet, die lange Strecken zurücklegen, wie z. B. Elektrofernbusse. Sie kann stattdessen ideal für das schnelle Aufladen eines Elektrobusses an Haltestellen, Endstationen usw. sein.

Andererseits ist eine Batterie, die beispielsweise in einem elektrischen Müllwagen eingesetzt wird, für diese Anwendungen nicht ganz geeignet, da sie die ganze Schicht über laufen muss, ohne nachgeladen werden zu können.

Ein wichtiger Aspekt bei der Auswahl der geeigneten Technologie ist auch die Lebensdauer, die sich in den späteren Batterieaustauschkosten niederschlägt. Einige Lithiumbatterien, wie z. B. Lithium-Titan-Oxid (LTO), haben eine hohe Zyklenzahl und eine lange kalendarische Lebensdauer und erreichen bei richtiger Auslegung die gleiche Lebensdauer wie die geplante Lebensdauer des gesamten Fahrzeugs. Zusätzliche Batterien ermöglichen einen ganztägigen Betrieb ohne Nachladen, und die Batterien werden wieder aufgeladen, wenn das Fahrzeug nicht fährt, ähnlich wie bei einem Elektroauto.

Nicht zuletzt muss auch der Aspekt der Sicherheit berücksichtigt werden. Auch in dieser Hinsicht unterscheiden sich die Lithium-Batterietypen, sodass die Komplexität der Konstruktion des gesamten Batteriesystems berücksichtigt werden muss.

Ein Leben nach dem Leben

Ein separates Thema, das wir ebenfalls behandeln werden, ist die Entsorgung von Batterien, nachdem sie nicht mehr in ihrer ursprünglichen Anwendung – im Fahrzeug – verwendet werden können. Die Entsorgung und das Recycling von Batterien ist auch heute noch ein oft diskutiertes und offenes Thema. Das Recycling und die Rückgewinnung chemischer Verbindungen aus Batterien ist immer noch Gegenstand der Forschung vieler Wissenschaftler weltweit. Die Tatsache, dass sich Lithiumbatterien in ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden, macht die Forschung nicht einfacher. Dabei stützt man sich auf die Möglichkeit der Rückgewinnung seltener Elemente, die in Lithiumbatterien enthalten sind, und deren Abbau vor allem in den Entwicklungsländern sehr schwierig ist.

Selbst wenn die Batterie im Fahrzeug das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hat, weil sie nicht mehr über ausreichende Kapazität verfügt, kann sie noch als stationäre Stromquelle dienen. Im Vergleich zu Bleibatterien erfolgt die Leistungsminderung von Lithiumbatterien schrittweise – vereinfacht ausgedrückt linear mit der Art der Nutzung und dem Alter, während Bleibatterien eine klar definierte kalendarische Lebensdauer haben, nach der ihre Kapazität schnell auf null sinkt, was eine weitere Nutzung unmöglich macht. Das Recycling von Blei-Säure-Batterien wird von den Herstellern hingegen gut geregelt, und fast alle ausrangierten Blei-Säure-Batterien können recycelt und somit wiederverwendet werden.

Das zweite Leben von ausrangierten Lithiumbatterien ist weltweit ein neues Thema. Es gibt mehrere Pilotprojekte auf der ganzen Welt, bei denen ausrangierte Batterien verwendet werden. In der Tschechischen Republik verwendet beispielsweise das Unternehmen nano power ausrangierte LTO-Batterien, die ursprünglich in FTFs (führerlose Transportfahrzeuge) zum Einsatz kamen, als stationären Energiespeicher, den es zur Kapazitätsmessung neuer Batterien nutzt. Dabei wird Energie von einer Batterie auf eine andere übertragen, sodass die alten Batterien, die in der ursprünglichen Anwendung nicht mehr verwendet werden konnten, weiter genutzt werden können. Das spart Kosten, indem der Energieaufwand für das Aufladen der Batterien vor der Kapazitätsmessung deutlich reduziert wird.