„SchnelleZelle“: Deutsches Konsortium optimiert Schnellladefähigkeit

Ziel des für drei Jahre vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderten Vorhabens ist es, die Leistungsfähigkeit der Batterien durch verkürzte Ladezeiten und erhöhte Ladeleistungen zu steigern, „ohne dabei Kompromisse bei Sicherheit und Lebensdauer einzugehen“, wie der Lehrstuhl erklärt.

Auch wenn sich einige der Erkenntnisse sicher auch auf die Elektromobilität übertragen lassen, steht bei „SchnelleZelle“ ein anderer Anwendungsbereich im Fokus: Den Forschern geht es hier um den Einsatz von Batteriezellen in stationären Energiespeichersystemen, „denen im Zuge der Energiewende eine besondere Rolle zugesprochen wird“, wie es in der Mitteilung formuliert wird. Ist ein solcher stationärer Speicher zum Beispiel mit einer Photovoltaik-Anlage verbunden, werden die Zellen in der Regel nicht schnell geladen. In anderen Einsätzen, etwa in der Industrie, kann es aber durchaus zu Leistungsspitzen kommen – die dann von schnell ladbaren Zellen in dem Speicher aufgenommen werden müssen.

Das Konsortium besteht neben dem PEM aus der Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB, dem Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (ISEA) der RWTH Aachen, der Mahle Behr GmbH & Co. KG, der Hoerbiger Antriebstechnik Holding GmbH und der Flexoo GmbH. Die Trumpf Laser- und Systemtechnik GmbH ist zudem als assoziierter Partner beteiligt.

Die Forscher-Teams verfolgen bei „SchnelleZelle“ nach eigenen Angaben einen „gesamtheitlicher Ansatz von der initialen Entwicklung bis hin zum Zellverbund“. Daher soll es nicht nur in einem bestimmten Bereich Verbesserungen geben, sondern es werden Innovationen „beim Zellendesign, bei der Elektrodenanbindung, bei der Sensorintegration sowie bei der Entwicklung verbesserter Kühl- und Regelungsstrategien“ anvisiert. Die Projektpartner streben nach eigenen Angaben eine Erhöhung der Laderate um mehrere Prozent im „State of Charge“ (SOC)-Bereich von zehn bis 80 Prozent an – konkreter wird die Mitteilung an dieser Stelle nicht. Auf der Projektseite wird aber eine „Verbesserung der Schnellladefähigkeit um 16 Prozent“ angegeben.

Dafür werden einige der Vorhaben genauer erläutert. Durch die Integration von ortsauflösenden Sensoren in die Batteriezellen und den Einsatz von Algorithmen des maschinellen Lernens sollen Ladeprozesse sich optimieren und an individuelle Batteriezustände anpassen lassen. Darüber hinaus soll eine Verbesserung der Elektrodenstapel-Anbindung an das Zellgehäuse dafür sorgen, dass der zellinterne Widerstand minimiert und dadurch die thermische Stabilität verbessert wird.

Am Ende des Forschungsprojekts sollen nicht nur einzelne Prototypen-Zellen hergestellt sein (in der Fraunhofer FFB), sondern diese Zellen sollen auch in einem Zellenverbund erprobt werden – und danach „in der Batterie-Industrie zur Anwendung kommen“.

„Die Verbesserung der Schellladefähigkeit in der Lithium-Ionen-Technologie ist in der Forschung wie in der Industrie ein beherrschendes Thema und lässt sich mit Hilfe unterschiedlicher Stellhebel separat oder in Kombination angehen“, sagt PEM-Leiter Professor Achim Kampker. „Erreichbar ist das durch die Integration von Sensoren in die Zellen und mit Hilfe innovativer Ansätze beim Zelldesign, bei der Kühlung und bei Lade-Algorithmen“, erläutert PEM-Leitungsmitglied Professor Heiner Heimes.

Offiziell ist „SchnelleZelle“ zum 1. Dezember 2024 gestartet und läuft bis zum 31. November 2027.

rwth-aachen.de (Mitteilung), rwth-aachen.de (Projektseite)