Forscher der Stanford University entwickeln die Fähigkeit, die Leistung und Speicherkapazität von Batterien im Laufe ihrer Alterung zu messen, wie die Universität bekannt gab.

„Wissenschaftler der Stanford University bieten eine Möglichkeit, den tatsächlichen Zustand einer wiederaufladbaren Batterie in Echtzeit vorherzusagen. Der neue Algorithmus kombiniert Sensordaten mit Computermodellen der physikalischen Prozesse, die Lithium-Ionen-Batteriezellen degradieren, um die verbleibende Speicherkapazität und den Ladezustand der Batterie vorherzusagen“, hieß es.

Simona Onori, Assistenzprofessorin für Energieressourcentechnik an der Stanford's School of Earth, Energy & Environmental Sciences, berichtete: „Wir haben elektrochemische Parameter genutzt, die zuvor noch nie zu Schätzzwecken verwendet wurden.“ Die Forschung erschien am 11. September in der Fachzeitschrift IEEE Transactions on Control Systems Technology.

Derzeit fügen Automobilhersteller Reservekapazität hinzu, um unbekannte Mengen an Kapazitätsverlust auszugleichen, was die Kosten und den Einsatz von knappen und teilweise toxischen Materialien erhöht. Die Forschung wird helfen, die tatsächliche Kapazität besser abzuschätzen und so kleinere Batterien sowie eine größere Reichweite bei Elektrofahrzeugen zu ermöglichen.

„Auch mit unserem Modell ist es weiterhin wichtig, sorgfältig mit der Nutzung des Batteriesystems umzugehen“, erklärte Onori. „Aber wenn man mit größerer Sicherheit weiß, wie viel Energie die Batterie über ihren gesamten Lebenszyklus speichern kann, dann kann man mehr von dieser Kapazität nutzen. Unser System zeigt, wo die Grenzen liegen, sodass Batterien präziser betrieben werden können.“

Laut der Studie liegt die Genauigkeit der Vorhersagen innerhalb von 2 Prozent der tatsächlichen Batterielebensdauer aus den Experimenten. Dies ermöglicht es, alte Elektroauto-Batterien zur Energiespeicherung für das Stromnetz zu nutzen. „So wie es jetzt ist, variieren aus Elektroautos ausgemusterte Batterien stark in Qualität und Leistung“, sagte Onori. „Es gab bisher keine zuverlässige und effiziente Methode, sie zu standardisieren, zu testen oder so zu zertifizieren, dass sie mit neuen, speziell für die stationäre Speicherung gebauten Batterien konkurrieren können.“

Elektroauto-Batteriezellen machen etwa 30 Prozent der gesamten Fahrzeugkosten aus. Die Forschung liefert eine genauere Methode zur Messung der Degradation von Lithium-Batterien.

„Das Team konzentrierte seine Experimente auf einen Typ von Lithium-Ionen-Batterie, der häufig in Elektrofahrzeugen verwendet wird (Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid), um wichtige interne Variablen wie Lithiumkonzentration und Zellkapazität zu schätzen. Der Rahmen ist jedoch allgemein genug, um auf andere Arten von Lithium-Ionen-Batterien anwendbar zu sein und andere Mechanismen der Batteriedegradation zu berücksichtigen“, hieß es in der Forschungsarbeit.

„Wir haben gezeigt, dass unser Algorithmus nicht nur eine schöne theoretische Arbeit ist, die auf einem Computer laufen kann“, sagte Onori. „Vielmehr handelt es sich um einen praktischen, umsetzbaren Algorithmus, der, wenn er schon morgen in Autos übernommen und eingesetzt wird, zu langlebigeren Batterien, zuverlässigeren Fahrzeugen und kleineren Batteriepaketen führen kann.“