Die Alterungsneigung einer Batterie beschreibt das Ausmaß dessen, wie stark eine Batterie auf Umwelteinflüsse reagiert. Je stärker die Alterungsneigung, desto stärker reagiert eine Batterie auf Umwelteinflüsse und desto wahrscheinlicher ist es, dass die Batterie ausfällt, sich erhitzt oder gar brennt und explodiert. Die Alterungsneigung von Batteriezellen wird schon während der Produktion festgelegt.

Folgenden Einflussfaktoren sind maßgeblich für die Alterungsneigung von Batterien:

• Reinheit der Materialien in den einzelnen Zellen
• Feuchtigkeit und Reinheit der Luft bei der Herstellung
• Homogenität der Batteriezellen
• Formierung der Batteriezellen

Besonders die Formierung von Batteriezellen spielt eine entscheidende Rolle. Dabei werden die Zellen unter kontrollierten Bedingungen „eingefahren“ und so fit für den späteren Einsatz gemacht. Unterbleibt die Formierung oder wird diese schlecht ausgeführt, altern Speicher, die aus solchen Zellen bestehen, in der späteren Anwendung viel schneller und werden mitunter zu echten Sicherheitsrisiken.

Für Unternehmen gilt es unbedingt Szenarien zu vermeiden, in denen es z. B. zu einer Überhitzung kommen kann. Ein Batteriebrand von über 1000 Grad ist mit konventionellen Mitteln nicht zu löschen. Menschen können sich verletzen, Mitarbeiter durch die giftigen Dämpfe dauerhafte berufsunfähig werden. Der finanzielle Schaden ist für betroffene Firmen oft enorm. Noch schwerer wiegt jedoch meistens die Rufschädigung bzw. der Vertrauensverlust bei Partnern und Kunden.

Um sicher zu gehen, dass Batterien in Fahrzeugen, Geräten oder Batteriespeichern kein Risiko darstellen und ihre Funktion erwartungsgemäß erfüllen, ist es daher ratsam, die Alterungsneigung direkt nach der Produktion zu bestimmen und auch später im Blick zu behalten. Mit NOVUM-Technologie funktioniert das einfach, schnell und kostengünstig.

Alterung von Batterien

Im Gegensatz zur Alterungsneigung, die mit der Produktion der Batterie festgelegt ist, beschreibt die Alterung der Batterie den Prozess, in dem die Leistungsfähigkeit einer Batterie – wie bei allen elektrochemischen Systemen auch — abnimmt. Wie schnell eine Batterie altert, kann von verschiedenen Faktoren beeinflusst werden, die insbesondere den Nutzern, sowohl Unternehmen als auch Endnutzern, oft gar nicht bewusst sind.

Kalendarische Alterung

Besonders wichtig: Eine Batterie altert immer – also auch dann, wenn sie gerade gar nicht in Gebrauch ist. Man spricht hier von der kalendarischen Alterung. Im Laufe der Zeit ermüden einfach die Materialien im Inneren der Batterie, bis sie irgendwann nicht mehr einsatzfähig ist.

Beschleunigt wird dieser Effekt durch zu hohe oder zu niedrige Temperaturen sowie einen zu hohen oder niedrigen Ladezustand (State of Charge SoH). Trifft ein ungünstiger Ladezustand auf ungünstige Temperaturbedingungen, entwickeln sich sehr schnell sicherheitsrelevante Probleme. Deshalb sollten Batterien bestenfalls immer bei Raumtemperatur und einem Ladezustand von 30% gelagert werden. Eine Garantie für Sicherheit ist das allein aber trotzdem noch nicht.

Zyklische Alterung

Die zweite Form der Batteriealterung ist den meisten Anwendern sehr gut bekannt: die zyklische Alterung. Hierunter werden alle Alterungsphänomene gefasst, die durch die Nutzung von Batterien, also das Laden und Entladen entstehen.

Dabei gilt, je stärker eine Batterie beansprucht wird, desto stärker auch die zyklische Alterung. Entscheidend dafür sind vor allem Stromstärke und Spannung. Wie viel Strom und wie viel Spannung eine Batterie verträgt, ändert sich im Lauf ihrer Nutzungsdauer. So vertragen die meisten Batterien am Anfang ihres Lebenszyklus höhere Werte als gegen Ende.

Umso wichtiger ist es, die Belastung von Batterien mit modernen Methoden permanent zu überwachen, um ihnen nur so viel Strom und Spannung zuzumuten, wie sie vertragen. Werden sie nämlich über ihre Belastungsgrenzen hinaus betrieben, altern sie nicht nur schneller, sondern werden zum Sicherheitsrisiko.

Sprunghafte Alterung

Die dritte Form der Batteriealterung stellen sprunghafte Alterungsphänomene dar. Diese sind besonders schwer vorherzusehen, da sie meist durch plötzliche Ereignisse wie Druck oder Kurzschlüsse ausgelöst werden.

Einem Kurzschluss geht dabei meist ein längerer Prozess im Inneren der Batterie voraus. Bei der so genannten Dentritenbildung wachsen störende Strukturen im Inneren der Batterie, die irgendwann den Separator (eine Art Trennwand zwischen der — und + Seite der Batterie) durchstoßen und so zu einem Kurzschluss und damit einem Durchbrennen oder einer Explosion der Batterie führen.

Dentritenbildung ist mit herkömmlichen Mitteln sehr schwer zu sehen, lässt sich aber mit der von NOVUM verwendeten Messmethode der Impedanzspektroskopie frühzeitig erkennen. Das heißt, auch wenn eine Batterie noch gar nicht so alt ist und auch sonst keine Auffälligkeiten zeigt, können wir bereits darauf hinweisen, dass sich in der Batteriechemie Prozesse abspielen, die diese Batterie zu einem Sicherheitsrisiko für ihre Nutzer machen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Alterung von Batterien sich aus folgenden 4 Elementen zusammensetzt:

• Alterungsneigung, die die Batterie(zelle) durch ihre Produktion mitbringt
• kalendarische Alterung, die davon abhängt, welchen Umwelteinflüssen eine Batterie ausgesetzt ist
• zyklische Alterung, die davon bestimmt wird, wie stark die Batterie benutzt wird
• sprunghafte Alterung, die alle unvorhergesehenen z.B. physikalischen Einflüsse beinhaltet

Je mehr ungünstige Alterungsfaktoren zusammenspielen, um so ungünstiger für die Sicherheit der Batterie und umso wichtiger ist es, Batterien permanent unter Kontrolle zu haben.