Wunsch und Wirklichkeit Unterschiedliche Testmethoden verfälschen Leistungsdaten von Batterien

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Festkörperbatterien sind auch eine große Hoffnung für die E-Mobilität. Wöchentlich kursieren Bereichte über neue Durchbrüche bei der Leistung, so Forscher aus Bayreuth. Doch stimmt das auch alles? ...

Festkörper- oder All-Solid-State-Batterien (ASSB) versprechen eine deutliche Steigerung der Energiedichte im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien. Deshalb gelten sie als der zükunftige Energiespeicher für die Elektromobilität. Doch in der Batterieforschung gebe es bisher kein einheitliches Protokoll, nach dem die Validierung von Festkörperbatteriezellen ablaufen soll. Wenn Ergebnisse veröffentlicht werden, ist deshalb häufig nicht klar, ob sie überhaupt mit Ergebnissen anderer Forschungsgruppen vergleichbar sind, wie Forscher von der Universität Bayreuth anmerken. Deshalb muss die Ausgangslage für eine Reproduzierbarkeit und für die Vergleichbarkeit von Zelltests geschaffen werden, um Innovationen aus diesem Sektor auch zuverlässig bewerten zu können, so die Empfehlung. Dass die Hurra-Meldungen nicht immer Hand und Fuß hätten, zeige sich auch daran, dass es nur sehr wenige dieser Innovationen auch den Weg in die Industrie schafften. Oft liegt das daran, dass außerhalb des ursprünglichen Labors das Ganze gar nicht herstellbar ist. Zu diesem Themenkomplex liegt auch eine Studie vor ...

Klar ist jetzt, dass Batterietests standardisiert werden müssen

In dieser Studie haben die Bayreuther gemessen, wie stark die Eigenschaften einfacher Testzellen de facto variiert. Dazu haben 21 Forschungsgruppen mit von Forschung und Industrie annerkannter Kompetenz für Festkörperbatterien jeweils die gleichen Batteriematerialien mit einem vordefinierten, elektrochemischen Testverfahren untersucht. Aber – jede Gruppe wandte ihre eigene Methode für den Zusammenbau der Zellen an und individuelle, nicht standardisierte Messtechnik. Demnach gibt es enorme Unterschiede in der Art und Weise, wie die Batteriezellen zusammengebaut werden und wie sie im Vergleich abschnitten – einschließlich der Variationen beim angewandten Druck und der Zusammensetzung der negativen Elektrode. Die Streuung der Leistungsdaten der unterschiedlich gebauten Batteriezellen war am Ende immens, heißt es weiter. Dieses Ergebnis macht so manch einem vielleicht Bauchschmerzen, doch ist es auch ein erster Impuls in Richtung einer notwendigen Verbesserung. Denn die Studie hat außerdem einige der Bedingungen für die Zellvorbereitung identifiziert, die die Batterieleistung stark beeinflussen können. Dazu gehört etwa der Anteil von Lithiummetall in der negativen Elektrode. Nicht zuletzt waren daran viele internationale Gruppen beteiligt. Viele haben nun erkannt, dass es so nicht weitergehen kann, wie die Forscher betonen.

Partner und Förderer

Diese Studie ist unter anderem auch ein Teil der Arbeit des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Kompetenzclusters „FestBatt“ mit über 180 Forschenden an 22 Forschungseinrichtungen in Deutschland. Neben den Bayreuther Arbeitsgruppen um Nella Vargas-Barbosa, Michael Danzer und Christian Plank sind auch die FestBatt-Partnereinrichtungen JLU Gießen (AG Janek), Universität Münster (AG Zeier), TU München (AG Gasteiger), Fraunhofer IWS (Batterietechnik, F. Hippauf) und Fraunhofer IFAM (Elektrische Energiespeicher, J. Schwenzel) an der Studie beteiligt. Beteiligte Forscher an der Universität Bayreuth: Prof. Dr. Nella M. Vargas-Barbosa (Lehrstuhl für Elektrochemie und Mitglied im BayBatt), Prof. Dr. Michael Danzer (Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme und Mitglied im BayBatt), Dr. Christian Plank (Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme und Mitglied im BayBatt). Förderung durch FestBatt Kompetenzcluster gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF; Projekt 13XP0428A).

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