Stromspeicher fit halten durch intelligente Steuerung?

(WK-intern) – Stromspeicher sind zwar in aller Munde, aber noch immer eine relativ neue Technologie – wirklich „alte“ Speicher gibt es kaum.

Wie leistungsfähig sie langfristig sind, dazu gibt es bisher praktisch keine belegbaren Aussagen, sondern eher gut begründete Prognosen.

Die ASD Automatic Storage Device GmbH steht hierzu in regem Austausch mit der Hochschule Offenburg.

Im modern ausgestatteten Labor Enerlab 4.0, das im Juni 2019 eröffnet wurde, untersuchen Professor Wolfgang Bessler und sein Team unter anderem die Alterung von Zellen in Stromspeichern.

Wie altern die Zellen in Stromspeichern und wie müssen sie gesteuert werden, damit ihre Leistungsfähigkeit über möglichst viele Vollladezyklen hinweg erhalten bleibt? Diese Fragen, die im „Diagnostischen Batterie- und Photovoltaiklabor für Energiefragestellungen der Industrie 4.0“, kurz: Enerlab 4.0, untersucht werden, interessieren auch den Speicherhersteller ASD. Nachdem sich das Umkircher Unternehmen bereits am Vorläuferprojekt STABIL der Hochschule Offenburg beteiligt hatte, bringt es sich auch bei Enerlab ein: ASD stellt unter anderem seine mit der Pacadu-Technologie gesteuerten Stromspeicher für Langzeit-Tests zur Verfügung, um herauszufinden, wie sie sich über Jahre hinweg verhalten und wie die Speichersteuerung zu einer langfristig hohen Kapazität beitragen kann. „Wir erhoffen uns davon neue Erkenntnisse, um unsere Pacadu-Technologie weiter optimieren zu können“, sagt ASD-Geschäftsführer Matthias Ruh über die Projektbeteiligung. „Vielleicht lässt sich ja auf Basis der neuen Erkenntnisse ein Algorithmus entwickeln, der Stromspeicher fit hält und deren Lebensdauer verlängert?“

Analyse der Zellalterung von außen und innen

Das vom Bund geförderte Enerlab 4.0 testet Lithium-Ionen-Energiespeicher nicht nur live im Labor, sondern auch mithilfe einer Computersimulation. Die Offenburger Forscher interessieren sich für die elektrochemischen und die materialwissenschaftlichen Prozesse, die innerhalb der Zellen beim Altern ablaufen. Deshalb werden die Speicher während des laufenden Betriebs von außen und danach mit Licht- und Rasterelektronenmikroskopen zusätzlich von innen untersucht. Die Erkenntnisse, die sich auf der strukturellen und chemischen Ebene über Alterungsprozesse gewinnen lassen, werden auf einen digitalen Zwilling übertragen, den sie dann beschleunigt virtuell altern lassen. Ein halbes Jahr Dauerbetrieb im Labor liefert die notwendigen Daten, auf deren Grundlage drei bis fünf Jahre simuliert werden können.

Pacadu-Technologie funktioniert mit ungleichen Zellen

Das Vorgängerprojekt STABIL hatte bereits wichtige Erkenntnisse zur Alterung von Speichersystemen gebracht. Das Besondere dabei: Innerhalb von STABIL wurden neue Zellen geprüft, in Stromspeichern verbaut und im Zeitverlauf immer wieder unter Laborbedingungen untersucht. Da die Pacadu-Technologie dafür steht, auch mit Zellen unterschiedlicher Eigenschaften gut zu funktionieren, wurde der Pacadu-gesteuerte Speicher mit Zellen bestückt, die eine große Streuung der Kapazitäten aufwiesen. Demgegenüber wurde der herkömmliche, seriell-geschaltete Speicher mit möglichst ähnlichen Zellen ausgestattet. Trotz der daraus resultierenden schlechteren Ausgangsbedingungen, mit denen der Pacadu-gesteuerte Stromspeicher startete, stellten die Wissenschaftler beim abschließenden Vergleich fest, dass sich dies nicht nachteilig ausgewirkt hatte: Beide Speichersysteme, die zwei Jahre lang identisch be- und entladen wurden, verloren etwa in gleichem Maße an Kapazität, alterten also in ähnlicher Weise. Dazu Prof. Dr. Wolfgang Bessler vom Institut für Energiesystemtechnik der Hochschule Offenburg: „Dadurch, dass das parallel-geschaltete Speichersystem deutlich schlechtere Voraussetzungen hatte und trotzdem nur geringfügig stärker alterte, lässt sich die Aussage bestätigen, dass die Pacadu-Technologie mit Zellen unterschiedlicher Kapazität umgehen kann.“ Die Versuche sollen nun fortgesetzt werden, um auch über einen längeren Zeitraum Aussagen treffen zu können.

PM: ASD Automatic Storage Device GmbH

PB: Die Offenburger Forscher testen die Energiespeicher im Enerlab 4.0 nicht nur live im Labor, sondern auch mithilfe einer Computersimulation / Bildnachweise: Hochschule Offenburg