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Der europäische Emissionshandel (ETS) ist ein Eckpfeiler der EU zur Bekämpfung des Klimawandels und zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen. Nun ist es so, dass es bereits um das Jahr 2039 keine neuen CO2-Zertifikate mehr geben wird. Dr. Vicki Duscha vom Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI erklärt uns, ob die Industrie und der Energiesektor bis dahin nahezu null CO2-Emissionen erreichen müssen. Ob z.B. ein Stahlwerk den Stahl nicht mehr mit Kohle oder Erdgas herstellen darf oder Gaskraftwerke nicht mehr betrieben werden dürfen.

Im Geladen-Podcast setzen sich Patrick Rosen und Daniel Messling mit ihren Gästen wissenschaftlich mit den Themen #Energiewende, #Elektromobilität, #Elektroauto und #Batterie auseinander. Der Podcast wird produziert vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT).

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Ein Akku gilt als tiefentladen, wenn seine Restspannung unter ein bestimmtes Level, die sog. "Entladeschlussspannung" absinkt. Diese Spannung ist bei unterschiedlichen Zellchemien (NMC, LFP, LTO) sehr individuell ausgeprägt. Lithium-Polymer-Akkus (3,3V) bzw. NMC-Zellen (2,5 bis 3,0 V) gelten vergleichsweise als besonders anfällig für interne Strukturschäden, die bei Tiefentladung alle Zellkomponenten von der Anode bis zur Kathode betreffen.

Während die berühmten NMC-Zellen bei Tiefentladung schnell irreversible Schädigung und zu Kapazitätsverlust aufweisen, gelten LFP-Zellen (2,0V) als relativ resistent gegenüber Material- und Zellschäden, die bei Tiefentladung auftreten können.

Eine Studie über Lithium-Titanat-Batteriezellen aus dem Jahr 2022 bescheinigt auch LTO-Zellen eine besonders hohe Resistenz gegenüber Materialveränderungen bei Tiefentladungen. In der Veröffentlichung zeigten tiefentladene Zellen über einen Zeitraum von 84 Tagen erstaunlich wenig Kapazitätsverlust nach mehrfacher Tiefenentladung.

Folgende Gase sorgen für das berühmte "Aufblähen" der Pouch-Zellen: Sauerstoff, Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid und vereinzelt Methan.

Die Ursachen einer Tiefentladung können vielfältig sein: Von der Batterie-Nutzung über Defekte im Batteriemanagementsystem bis hin zu extrem tiefen Temperaturen.

Im Gegensatz zu kleinen Batterien (Handy, Laptop, Powerbank) sind große, moderne Elektroautos mit ihren Batterie-Management-Systeme dafür designt, eine Tiefentladung zuverlässiger zu verhindern. Abschaltautomatiken, Schutzschalter, Ladefenster und Puffer-Notreserven sorgen dafür, dass Elektroautos im Alltag praktisch nie tiefentladen.

Andreas Schmitz über die Tiefentladung von Lithium-Zellen:

Mechanism of the entire overdischarge process and overdischarge-induced internal short circuit in lithium-ion batteries:

"Li-Ion Battery Deep Discharge Degradation" von Petr Prochazka et.al.:

Jonathon R Examining the Performance of Implantable-Grade Lithium-Ion Cells after Overdischarge and Thermally Accelerated Aging (2022):

Podcastfolge mit Dr. Kai-Philipp Kairies (Accure):

Battery-Generation-Podcastfolge mit Prof. David Howey:

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Wer erstmalig ein Elektroauto kauft, beschäftigt sich zwangsläufig auch mit der erwartbaren Lebensdauer der Antriebsbatterie. Zu "Degradation von Lithium-Ionen-Batterien" kursieren im Netz (neben viel Falschinformation!) auch diverse Batterie-Nutzungstipps, die eine zu schnelle Alterung wirkungsvoll verhindern.

Die Verlängerung von Akku-Lebensdauer ist ein heißes Thema in der Materialwissenschaft: In dieser Podcast-Episode erklären die beiden Batterieforscher Prof. Arnulf Latz (DLR) und Prof. Axel Groß (Uni Ulm), welches Ladeverhalten Li-Batterien besonders schnell altern lässt - und was bei diesen schädigenden Prozessen in der Zelle genau passiert.

Akku-Nutzungstipps in Kürze:

*Disclaimer: Eine Batterie ist ein Gebrauchsgegenstand! Diese Tipps basieren auf Forschungsergebnissen, die in der Realität nicht (immer) anwendbar sind. In jedem Fall hat das Batteriemanagementsystem einer Batterie zusätzliche Auswirkungen auf das Nutzungsverhalten eines jeden des Anwenders.

Link zum Batterie-Rechner von Stephan Klapszus:

Nach den beiden Batterieforschern hängt die Akku-Lebensdauer im Wesentlichen von sechs Parametern ab:

Über diese Parameter können Batteriemodelle eine recht valide Alterungsprognose errechnen: Typischerweise gilt eine Zelle als degradiert, sobald der Akku-"Gesundheitszustand" ("State of Health", SoH) unter 70% Restkapazität fällt. Dies ist der Referenzwert, der z.B. für eine E-Auto-Garantie herangezogen wird. Bei weniger als 160.000 km Fahrleistung bzw. 8 Jahren Nutzung stellt jede Traktionsbatterie unter 70% Restkapazität ein Garantiefall dar.

Link zum YouTube-Kanal von Stephan Klapszus:

Link zum Veröffentlichung "Towards a Physics-Based Battery Aging Prediction" von DLR-Wissenschaftlern (Lars von Kolzenberg, Jochen Stadler, et al.): https://www.researchgate.net/publication/357365639_Towards_a_Physics-Based_Battery_Aging_Prediction/

Link zur Geladen-Episode zu Heimspeichern:

Im Geladen-Podcast setzen sich Patrick Rosen und Daniel Messling mit ihren Gästen wissenschaftlich mit den Themen Energiewende, Elektromobilität, Elektroauto und Batterie auseinander. Der Podcast wird produziert vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT).

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Wie kann die Industrie klimaneutral werden? Die Entfernung von Kohlenstoffdioxid (CO2) aus der Atmosphäre wird dabei eine entscheidende Rolle spielen. Dr. Benedict Probst (Max-Planck-Institut für Innovation und Wettbewerb) und Marian Krüger (remove) stellen uns die verschiedenen Methoden zur Entfernung von CO2 aus der Atmosphäre vor und ordnen sie ein.

Direct Air Capture (#DAC)

Carbon Capture and Storage (#CCS)

**Bioenergie mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (BECCS) **

Aufforstung und Wiederaufforstung

Biokohle

Unsere Kanalempfehlung – Gewaltig nachhaltig: https://www.youtube.com/@gewaltignachhaltig

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Wir sprechen mit Prof. Benedikt Schmülling von der Bergischen Universität Wuppertal und Jakob Gemassmer vom Reiner Lemoine Institut über verschiedene Ladetrends rund um E-Autos.

Ladebordsteine für Elektroautos, wie Rheinmetall sie einsetzt, sind speziell ausgewiesene Bereiche entlang von Straßen, die mit Ladestationen für Elektroautos ausgestattet sind. Sie sollen das Aufladen von Elektroautos zugänglicher und bequemer machen, insbesondere in städtischen Gebieten. Indem sie die Ladeinfrastruktur direkt in die Parkplätze am Straßenrand integrieren, wollen Städte wie Köln die Akzeptanz von E-Autos fördern. Wäre das eine Lösung für Mieter in Städten, die direkt vor ihrer Wohnung laden wollen?

Werden Elektroautos netzdienlich geladen, entfalten sie hohes Flexibilitätspotenzial für das Stromnetz. Bisher wird das kaum genutzt. In den Fahrzeugen sind Batterien verbaut, deren Kapazität ihren täglichen Energiebedarf meist um ein Vielfaches übersteigt. Gleichzeitig stehen sie oft länger als für das Laden notwendig ist. Eine optimale Netzintegration der Fahrzeuge kann helfen Stromnetze zu stabilisieren, Netzüberlastungen sowie -ausbaukosten zu reduzieren und Strom aus erneuerbaren Energien besser zu nutzen.

Unsere Kanal-Empfehlung - Prof. Dr. Volker Quaschning: www.youtube.com/@UCEPZNMjVXBALuPZNKNua5Hg

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Die Halbleiter-Industrie bricht wöchentlich neue Rekorde: Während das Unternehmen NVIDIA vor allem durch seinen Aktienboom und bahnbrechende KI-Durchbrüche von sich hören lässt, steht die taiwanesische TSMC-Gruppe eher aufgrund seiner geopolitischen Bedeutung im Fokus. Seit ein paar Jahren spricht die Automobilbranche von einem "Chipmangel" oder auch "Halbleiterkrise". Aber um was geht's da eigentlich genau? Ist dieser Chipmangel für deutsche Autobauer überhaupt noch aktuell?

Heutiger Gast im Geladen-Podcast ist Karl-Heinz Steinmetz (TI). Er erklärt, was Halbleiter und Computer-Chips überhaupt mit Batterien und E-Autos zu tun haben:

Halbleiter und Chips sind zentral für die Technologie von Elektroautos und bilden das Fundament aller elektronischen Systeme. Sie steuern den Elektromotor, das Energiemanagement und den Batterie-Ladevorgang, was entscheidend für die Fahrzeugleistung und Energieeffizienz ist. In der Leistungselektronik regeln Halbleiter den Stromfluss zwischen Batterie und Motor, optimieren so die Reichweite und Effizienz des Fahrzeugs.

Neben der Leistungselektronik kommen moderne Halbleiter auch in jedem Batterie-Management-System (BMS) von Elektroautos vor. Das BMS im Elektroauto hat zentrale Aufgaben zur Sicherstellung der Batterieleistung und Batteriesicherheit. Es überwacht kontinuierlich den Zustand der Batteriezellen, einschließlich Ladestand und Temperatur, um eine optimale Leistung und Lebensdauer zu gewährleisten. Das BMS steuert die Lade- und Entladevorgänge, verhindert Überhitzung, Tiefenentladung und Überladung und sorgt so für die Sicherheit des gesamten Systems. Zudem gleicht es Zellunterschiede aus und maximiert dadurch die Effizienz und Reichweite des Fahrzeugs.

Unsere Podcast-Empfehlung - Kemferts Klima-Podcast:

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BMW hat jüngst eine Batterie-Bestellung über 2 Milliarden Euro an Northvolt storniert. Northvolt hat auch kürzlich angekündigt, seine Ausbaupläne zu überdenken. Der chinesische Batteriehersteller SVolt wird sein geplantes Werk im brandenburgischen Lauchhammer nicht bauen. Als Begründung lieferte er u.a. „die wieder aufflammenden Diskussionen über das Verbrenner-Aus in der EU“. Zerstören diese Debatte sowie die Streichung der Elektroautoförderung und sinkenden Verkaufszahlen von deutschen E-Autos die Pläne für Gigafactories in Deutschland?

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Wir schreiben das Jahr 2024: Accure ist DAS deutsche Batterie-Startup! Das Geschäftsmodell: Die Aachener betreuen weltweit 5 GWh an Batterien, aus denen sie möglichst viele Daten abzapfen. Diese Daten füttern Cloud-Modelle, die dem Batteriebetreiber eine präzise Lebensdauer der Zellen vorhersagen - und bessere Ladeprofile sowie Pflege-Tipps empfehlen. Die Accure-Kunden übermitteln diese Batteriedaten in Echtzeit, damit Accure als "Feuermelder" fungieren kann: Ein Durchgehen einer Zelle ist nämlich meistens schon sehr früh hervorragend zu prognostizieren.

Aber von vorne: Accure entwickelt eine Batterie-Analysesoftware, die es Betreibern von E-Flotten und Batterieparks ermöglicht, "tiefer in die Zellen hineinzuschauen". Hardware-seitig funktioniert Accure völlig unabhängig von der Zellchemie und -format. Einzig die Daten von den Batteriemanagement-Systemen (BMS) der Module müssen per Funk nahe Echtzeit in die Cloud übertragen werden.

Die "Battery Intelligence" erkennt anhand von Anomalien in den Betriebsdaten:

Logisch, dass Accure nun auch mit Versicherungsunternehmen zusammenarbeitet, um Batteriepark-Betreibern die korrekte Behandlung der Zellen zu zertifizieren. Die Versicherer haben ihrerseits ein Interesse daran, dass (1) mehr Brände verhindert werden können und (b) sich ein bereits eingetretener Batteriebrand per Datenanalyse auf die konkreten Ursachen zurückführen lässt.

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Die Batteriestrategie von BMW gilt als großes Vorbild für viele europäische Autobauer. In Sachen Zellchemie hat das Unternehmen schon sehr früh eigene Kompetenzen aufgebaut und beobachtet seither jegliche Zellinnovationen sehr genau. Operativ allerdings verbaut BMW aber noch hauptsächlich traditionelle NMC-Zellen (Nickel-Mangan-Kobalt), da das Luxussegment der Elektroauto-Käufer viel Reichweite und Leistung einfordert. Ob das wirklich so nachhaltig sein kann, wie alle behaupten?

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Auch bei der Zellfertigung hat sich BMW - anders als andere Autobauer wie Volkswagen - bisher vornehm zurückgehalten: Die Münchener lassen Zellen lieber extern fertigen und planen keine eigenen Gigafactorys. Im Geladen-Podcast stellt sich BMW-Batterieexperte Dr. Peter Lamp deshalb der Frage, ob diese BMW-Strategie langfristig noch hält, sobald eigene Zellinnovationen in die Hände von asiatischen Lieferanten gegeben werden müssten - oder Zell-Lieferanten aus Fernost plötzlich zu Automobil-Konkurrenten mutieren.

Dr. Peter Lamp fasst die BMW-Batteriestrategie zusammen:

"Nachhaltiges Kobalt" von Lieferant Managem aus Marokko?

Im Nachgang zum Podcast mit Dr. Peter Lamp teilte BMW dazu folgendes mit:(1) Die BMW Group hat sich konsequent für fundierte Aufklärung eingesetzt und deshalb zwei externe Audits beauftragt. Die Durchführung erfolgte jeweils von unabhängigen, renommierten und international vertretenen Auditunternehmen. (2) Im Bereich des Sozialaudits haben sich die Vorwürfe im Wesentlichen nicht bestätigt. (3) Im Rahmen des Umweltaudits wurde festgehalten, dass die Arsenkonzentration des Leitungswassers der Oase Sidi Blal unterhalb der von der WHO vorgegebenen Grenzwerte für Trinkwasser liegt. (4) Das Audit weist teilweise hohe Arsenkonzentrationen in Abfällen und Wasserauffangsystemen auf dem Minengelände selbst sowie in der unmittelbaren Umgebung nach. (5) Neben bereits erfolgten Sofortmaßnahmen durch Managem wird gerade ein langfristiger Maßnahmenplan entwickelt, um das Abfall- und Wassermanagement weiter zu verbessern. Die Umsetzung der Maßnahmen wird von der BMW Group nachgehalten. (6) Wir setzen uns für den Ansatz „Befähigung vor Rückzug“ ein. Besteht Handlungsbedarf, erarbeitet die BMW Group zusammen mit dem Lieferanten wirksame Abhilfemaßnahmen und Lösungen, um dauerhaft die hohen Umwelt- und Sozialstandards in der Lieferkette zu gewährleisten.

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Dieser Podcast als Video (verfügbar ab 10:00 Uhr, 14.07.24): https://www.youtube.com/watch?v=eMxqawhZuDw

Seit dem 3. Juli 2024 läuft ein populäres YouTube-Video auf dem Kanal „Munro Live“ von US-Ingenieur Sandy Munro. Sandy Munro war der beim Batteriehersteller "Sakuu" zu Besuch und hat eine "Weltneuheit" angepriesen, die seitdem heiß in den Sozialen Medien heiß diskutiert wird.

Der US-Hersteller von Festkörperbatterien präsentierte eine verheißungsvolle Zelle, deren Elektroden angeblich zu 100% aus eigener 3D-Druck-Trockenbeschichtung stammen. Zusätzlich handelt es sich um "metallfreie" Laborzellen ohne Kupfer und Aluminium. Die Zelldaten lassen angeblich darauf hoffen, dass der Hersteller erfolgreich einen Prozess entwickelt hat, den das Startup nun seinen Kunden zur Verfügung stellen wird.

Und tatsächlich gibt es erste Interessenten für die 3D-gedruckten Feststoff-Akkus von Sakuu: "SK On" aus Südkorea hat ist vor wenigen Tagen eine Kooperation mit Sakuu eingegangen. Im Mittelpunkt der Vereinbarung steht die Industrialisierung der Kavian-Plattform von Sakuu zur Produktion von Elektroden im Trockenprozess. Auch Porsche arbeitet schon mit dem US-Unternehmen zusammen.

Im dieser Podcast-Episode prüfen Prof. Maximilian Fichtner (KIT) und Dr. Joachim Sann (Uni Gießen) die Aussagen und Versprechungen des Unternehmens Sakuu auf Plausibilität.

Link zum Kanal von US-Ingenieur Sandy Munro (Munro Live):

Sakuu-Website: https://www.sakuu.com/

Geladen-Podcast zu Trockenbeschichtung:

Geladen-Podcast zu Lithium-Metall-Batteriezellen:

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