Die Idee zum Projekt ReBiCell – also Regeneration und Reaktivierung von Batteriemodulen für Elektrofahrräder – war laut Niklas Thom eher eine spontane Sache
. Die Idee rund um die Thematik der Nutzung von Batterien, die an Kapazität eingebüßt haben, begleitet den Mitarbeiter des Wissenschaftszentrums EMLE (Elektromobilität, Leistungselektronik und dezentrale Energieversorgung) allerdings schon länger. Innerhalb von zwei Wochen schrieb Thom den Projektantrag zum Förderaufruf vom EK.SH – mit Erfolg.
Ausgangspunkt für den Antrag war zunächst die Überlegung, ausgediente E-Bike-Akkus in einem Second-Life-Ansatz weiterzuverwenden, etwa als stationäre Energiespeicher. Doch dann stieß Thom auf eine interessante Publikation der Universität Stanford. Statt Batterien nachlassender Kapazität weiterzuverwenden, ging es um die Rückgewinnung beziehungsweise Reaktivierung eines Teils der verlorenen Leistung.
TH Lübeck: Von der Theorie in die Praxis
Ein theoretischer Ansatz im Labormaßstab mit kleinen Münzzellen – allerdings erfolgreich. Denn die Ergebnisse zeigen: Das eigentlich tot geglaubte Lithium reagiert auf angelegte elektrische Felder. Im Labor konnte gezeigt werden, dass sich bis zu 30 Prozent der ursprünglichen Kapazität wiederherstellen lassen.
Denn ein Hauptgrund für den Kapazitätsverlust ist eben diese Bildung von inaktivem Lithium. Normalerweise werden Lithiumionen zwischen Anode und Kathode ausgetauscht
, erklärt Thom. Es kann allerdings dazu kommen, dass sich metallisches Lithium ablagert – diese Ablagerungen nennen sich Dendriten und sind in mikroskopischen Aufnahmen als feine, nadelartige Strukturen zu sehen.
Tot geglaubtes Lithium ist doch nicht inaktiv
Diese Strukturen bilden sich beim Laden und werden beim Entladen wieder abgebaut. Das geschieht allerdings unregelmäßig, weil bei einer Zelle die Feldverteilung zwischen Anode und Kathode nicht gleich ist: Das heißt, es gibt Stellen in der Batterie, die sich schneller entladen als andere, was wiederum dazu führt, dass sich die Dendriten ebenfalls unregelmäßig abbauen
, so der Wissenschaftler. Dadurch kann es passieren, dass Fragmente davon zurückbleiben – das bisher inaktiv geglaubte Lithium.
Diese Teilchen schweben oft wenige Nanometer entfernt von der Anode im Elektrolyt. Die theoretischen Untersuchungen der Universität Stanford haben gezeigt, dass eben diese Teilchen auf das Anlegen elektrischer Felder reagieren. Sobald sie sich wieder bewegen und das metallische Fragment die Anode berührt, spalten sie sich wieder in Lithiumionen und Elektronen. Damit stehen wieder mehr Teilchen zum Ladungsaustausch zur Verfügung und die Kapazität steigt.
Thom gibt zu bedenken: Aber nur, weil etwas im Labormaßstab funktioniert, heißt das nicht, dass es auch kommerziell verwertbar ist.
Deswegen möchte er die Übertragbarkeit der Labortheorie bis zum realen Anwendungsfall in Form von Fahrradbatterien untersuchen.
ReCiBell: Untersuchungen zur Lebensdauer von Batterien
Erster Schritt in die Realität ist der Übergang von der Münzzelle hin zu einer handelsüblichen Lithiumzelle, bevor es dann an die Reihen- und Parallelschaltungen eines Fahrradakkus geht. Bei einer Fahrradbatterie sind 13 einzelne Zellen hintereinander und ein weiterer Strang parallel geschaltet. Anders als in der Laborsituation kann es bei miteinander verbundenen Zellen zu Ausgleichseffekten kommen.
Ich habe ein großes Interesse daran zu verstehen, warum Dinge so funktionieren, wie sie funktionieren. Daher fasziniert mich der Weg, von der Theorie Schritt für Schritt zum realen Anwendungsfall zu kommen und zu schauen, ob es tatsächlich umsetzbar ist
, sagt Thom. Das Ziel des Projekts ReCiBell ist also, herauszufinden, ob die Lebensdauer von Batterien erhöht werden kann und wie hoch dieser Nutzen am Ende tatsächlich ist.
