Geladen - der Batteriepodcast zur Energiewende

Die "All-Solid-State"-Batterie (ASSB) - sie elektrisiert bis heute die Batterie-Branche! Noch vor wenigen Jahren waren sich Industrie und Forschung einig: Die Entwicklung der Festkörperbatterie (ASSB) steht GANZ kurz vor Vollendung! Doch bis heute (Stand: Oktober 2024) hat weltweit noch kein einziges Unternehmen eine echte Massenproduktion "voller Festkörperbatterien" realisiert.

Hand auf's Herz: Haben Batterieforscher einfach zu früh viel zu viel versprochen? Wo liegt eigentlich das Problem bei ASSB? Wenn es schon "halbe Festkörperbatterien" ("Semi/Almost Solid-State"-Batterien) gibt - was verspricht man sich dann noch von der "All-Solid-State"-Batterie?

Laufende Ankündigungen gab es genug…

(a) Sulfide: #CATL, #LGES, #Panasonic, #Samsung, #SolidPower (#BMW), #SVOLT, #Toyota

(b) Oxide: #ProLogium (#Mercedes), #QuantumScape (#Volkswagen), #TalentNewEnergy

(c) Polymer: #WeLion New Energy, #Sakuu Batteries, LG ES, #BlueSolutions (#Bolloré), Hydro Quebeck, SES

(d) Sonstige: #BYD, #EVE, #Farasis, #GAC Group, #Gotion, #Honda, #Nissan, #StoreDot, #Schaeffler

Kann es sein, dass wir jahrelang einfach in die falsche Richtung geschaut haben? Während Toyota und CATL nun frühestens nach 2030 Feststoff-Batterien massenhaft produzieren wollen, treten neue Batterie-Player aufs Parkett: "Yoshino Power" und "TDK Corporation".

Wir fragen Podcastgast Prof. Jennifer Rupp (TUM/Qkera), was sie von den Schlagzeilen rund um "Yoshino Power" und "TDK Corporation" hält. Beide Unternehmen geben an, Durchbrüche rund um ASSB errungen zu haben. Am Ende des Podcasts stellt Rupp ihre Startup-Idee (Qkera) für Festkörperbatterien vor.

Berichtigung zu "Yoshino Power": Die erste portable Power-Station als Festkörperbatterie scheint sich als Falschmeldung oder gar Betrug zu entpuppen. Danke an die aufmerksamen Hörer Michael Rieken und Dominic Seibert.

"IS Yoshino Solid State Battery Or ? Tear Down!" von "JOHNNY'S WEEKENDS-Power Your World!" https://www.youtube.com/watch?v=GTbJVahtCR8

"Festkörperbatterien sind WIRKLICH da - oder doch nicht?" von "Undecided with Matt Ferrell": https://www.youtube.com/watch?v=LsZfjF9SObo

TDK successfully developed a material for solid-state batteries: https://www.tdk.com/en/news_center/press/20240617_01.html

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).

Geladen-Tassen, Shirts & Caps: https://geladen-der-batteriepodcast.myspreadshop.de/all/

Instagram: https://www.instagram.com/geladenpodcast/

Alle Links: https://linktr.ee/geladen

Die Idee hinter "HVO100" ist denkbar genial wie einfach: Solange sich die Elektromobilität noch nicht überall durchgesetzt hat, könnte man doch anstatt des Verbrenner-Antriebs einfach den fossilen Kraftstoff neu erfinden und nachhaltig erzeugen. So müssten evtl. langfristig generell weniger neue Fahrzeuge neu gebaut werden.

In jeden Fall soll der als "Klimadiesel" bezeichnete grüne Kraftstoff HVO100 eine (schon heute zugängliche) Übergangslösung hin zur Elektromobilität bieten. Laut neuesten Zahlen von "Mobil in Deutschland e.V." ("HVO100 Diesel goes Germany") bieten derzeit ca. 130 deutsche Tankstellen den Kraftstoff HVO100 an. Die ersten Tankstellen verkaufen den Kraftstoff als "nachhaltige Alternative zu fossilem Diesel", der lediglich aus erneuerbaren Rohstoffen wie Abfällen und Reststoffen besteht.

Die heutigen Podcastgäste, Prof. Michael Sterner (OTH Regensburg) und Dr. Andreas Menne (Fraunhofer UMSICHT) erklären Ihre Sicht auf die Dinge und beantworten folgende Fragen:

(1) Bei welchen Fahrzeugen sollte HVO100 zur Anwendung kommen?

Viele Bilder stammen von der "Sendung mit der Maus": Kraftstoff aus Frittenfett (WDR). https://kinder.wdr.de/tv/die-sendung-mit-der-maus/av/sachgeschichte-kraftstoff-aus-frittenfett-teil-1-100.html

Die Deutsche Bahn setzt vereinzelt auf HVO100: https://www.dbenergie.de/dbenergie-de/Wie-aus-Frittenfett-der-Biokraftstoff-HVO-hergestellt-wird-12888606

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).

Geladen-Tassen, Shirts & Caps: https://geladen-der-batteriepodcast.myspreadshop.de/all/

Instagram: https://www.instagram.com/geladenpodcast/

Alle Links: https://linktr.ee/geladen

*** Gewinne 1 von 25 HIU-Trinkflaschen! Folge dazu einfach dem Geladen-Instagram-Kanal. https://www.instagram.com/geladenpodcast/

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).

Geladen-Tassen, Shirts & Caps: https://geladen-der-batteriepodcast.myspreadshop.de/all/?utm_source=youtube&utm_medium=product_shelf

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:

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).

Geladen-Tassen, Shirts & Caps: https://geladen-der-batteriepodcast.myspreadshop.de/all/

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).

Geladen-Tassen, Shirts & Caps: https://geladen-der-batteriepodcast.myspreadshop.de/all/

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

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).

Geladen-Tassen, Shirts & Caps: https://geladen-der-batteriepodcast.myspreadshop.de/all/

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

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).

Geladen-Tassen, Shirts & Caps: https://geladen-der-batteriepodcast.myspreadshop.de/all/

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:

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).

Geladen-Tassen, Shirts & Caps: https://geladen-der-batteriepodcast.myspreadshop.de/all/

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?

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).

Geladen-Tassen, Shirts & Caps: https://geladen-der-batteriepodcast.myspreadshop.de/all/

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.

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).

Geladen-Tassen, Shirts & Caps: https://geladen-der-batteriepodcast.myspreadshop.de/all/