Eine Lithium-Ionen-Batterie ist ein wiederaufladbares Energiesystem, das Lithium-Ionen als Hauptladungsträger verwendet. Mithilfe der Künstlichen Intelligenz von NOVUM können Lithium-Ionen-Batterien während ihrer gesamten Lebensdauer überwacht werden, um Probleme vorherzusagen und Ausfälle oder gar Brände zu verhindern. Zudem können an den stationären Testsystemen von NOVUM der Gesundheitszustand, die Kapazität sowie der Restwert von Lithium-Ionen-Batterien binnen wenigen Sekunden ermittelt werden. Informationen zur Batteriehistorie sind dabei nicht nötig. Die Technologie von NOVUM ist zusätzlich auch für Bleisäure-Batterien und viele andere Batteriearten geeignet.
Aufbau und Funktion von Lithium-Ionen-Batterien
Lithium-Ionen-Batterien bestehen aus einer oder mehreren elektrochemischen Zellen, die in einer geschlossenen Einheit untergebracht sind. Jede Zelle besteht aus einer Anode (dem negativen Pol), einer Kathode (dem positiven Pol) einem Elektrolyten, der als Leiter zwischen den Polen fungiert und einem Separator, der die Anode und Kathode voneinander trennt.
Während des Entladungsprozesses bewegen sich Lithium-Ionen von der Anode zur Kathode durch den Separator, wodurch Energie freigesetzt wird. Beim Ladevorgang wandern die Lithium-Ionen von der Kathode zurück zur Anode, wo sie gespeichert werden, bis sie erneut freigesetzt werden.
Lithium-Ionen-Batterien werden aufgrund ihrer hohen Energiedichte und ihrer Fähigkeit, eine große Menge an Energie auf kleinem Raum zu speichern, in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter Elektrofahrzeuge, stationäre Batteriespeicher sowie mobile Geräte wie Smartphones und Laptops.
Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien
Die Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien begann in den 1970er Jahren, als Wissenschaftler an der University of Oxford und der University of Texas in Austin unabhängig voneinander die Verwendung von Lithium als Material für Batterien erforschten. Die ersten kommerziellen Lithium-Ionen-Batterien wurden aber erst in den 1990er Jahren auf den Markt gebracht.
Die Beliebtheit von Lithium-Ionen-Batterien hat in den letzten Jahren aufgrund der zunehmenden Nachfrage nach elektronischen Geräten und Elektrofahrzeugen stark zugenommen. Lithium-Ionen-Batterien sind aufgrund ihrer hohen Energiedichte und ihrer Fähigkeit, schnell aufgeladen zu werden, sehr attraktiv für den Einsatz in tragbaren Geräten und Elektrofahrzeugen. Zudem haben sie im Vergleich zu anderen Batterietypen wie Nickel-Cadmium-Batterien den Vorteil, dass sie leichter und umweltfreundlicher sind.
Vorteile von Lithium-Ionen-Batterien
- Lithium-Ionen-Batterien haben eine hohe Energiedichte, was bedeutet, dass sie eine große Menge an Energie auf kleinem Raum speichern können.
- Lithium-Ionen-Batterien haben eine hohe Ladeeffizienz, das heißt, dass sie eine hohe Menge an Energie aufnehmen können, wenn sie aufgeladen werden.
- Lithium-Ionen-Batterien haben eine geringe Selbstentladung, das bedeutet, dass sie über längere Zeiträume hinweg ihre Ladung halten können.
- Lithium-Ionen-Batterien haben eine verhältnismäßig lange Lebensdauer im Vergleich zu anderen Batterietechnologien.
- Lithium-Ionen-Batterien haben ein geringes Gewicht im Vergleich zu anderen Batterietechnologien, was praktisch für mobile Anwendungen ist.
- Lithium-Ionen-Batterien können relativ schnell geladen werden, wodurch sie für Anwendungen wie Elektrofahrzeuge geeignet sind
- die Bestandteile von Lithium-Ionen-Batterien sind im Vergleich zu anderen Batterietechnologien etwas umweltfreundlicher, dennoch enthalten auch sie verschiedene seltene und teils auch giftige Bestandteile.
Risiken bei der Nutzung von Lithium-Ionen-Batterien
Wie alle elektrochemischen Systeme bringen Lithium-Ionen-Batterien gewisse Probleme und Risiken mit sich – sowohl in ökonomischer als auch ökologischer Hinsicht und vor allem auch auf die Gesundheit der Menschen, die mit ihnen umgehen.
Mithilfe von NOVUM-Technologie können viele dieser Risiken und Probleme minimiert werden:
- Sicherheitsrisiken: Lithium-Ionen-Batterien können bei Überladung, Beschädigung oder Überhitzung instabil werden und in seltenen Fällen explodieren oder in Brand geraten – sowohl im aktiven Zustand als auch bei der Lagerung oder während eines Transports. Die KI von NOVUM erkennt binnen Sekunden Auffälligkeiten, die später zu Vorfällen führen, sodass entsprechende Batterien ersetzt werden können.
- Rohstoffknappheit: Die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien erfordert kontinuierlich den Abbau von Lithium, Kobalt und anderen knappen Rohstoffen. Steigt der Bedarf, kann es zu Problemen in der Versorgungskette kommen. Dadurch wächst aktuell die Nachfrage nach gebrauchten Lithium-Ionen-Batterien, die noch intakt sind, und nach Überprüfung mit der KI von NOVUM in einem zweiten Leben wieder genutzt werden können.
- Wirtschaftliche Abhängigkeit: Der Bedarf nach bestimmten Rohstoffen kann zur Abhängigkeit von Ländern führen, die entgegengesetzte politische Ziele verfolgen oder den Umweltschutz in den Abbaugebieten sowie Menschenrechte kaum bis gar nicht berücksichtigen. Deshalb ist die zunehmende Nutzung von mit NOVUM geprüften Second-Life-Batterien sinnvoll und wichtig.
- Nachlassende Kapazität und begrenzte Lebensdauer: Wie bei allen Batterien verschlechtern sich die Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterien im Laufe der Zeit und nach einer bestimmten Anzahl von Ladezyklen, was zu einer reduzierten Leistung und kürzeren Lebensdauer führen kann. Durch das Onlinemonitoring mit KI-basierter NOVUM-Technologie kann die Entwicklung der Batterie permanent beobachtet werden. So können wir voraussagen, wann sie einen Punkt erreichen wird, an dem sie zu schlecht für eine Anwendung geworden ist und deshalb ausgetauscht werden muss.
Ausgebaute Batterien und Zellen können mithilfe der stationären Testsysteme von NOVUM binnen Sekunden auf ihren Gesundheitszustand (SoH) sowie ihre Kapazität hin überprüft werden.
- Recycling und Entsorgung: Das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien kann komplex sein und erfordert spezialisierte Anlagen, um wertvolle Materialien zurückzugewinnen und umweltschädliche Auswirkungen zu vermeiden. Recyclingunternehmen können den Gesundheitszustand von Batterien mit den KI-basierten Testsystemen von NOVUM prüfen und gute Batterien in eine zweite Anwendung geben, bevor sie sie recyceln. Auch sichere Tiefenentladungen sind mit den NOVUM Battery Analyzern problemlos möglich.
- Umweltbelastung: Lithium-Ionen-Batterien enthalten gefährliche Materialien, einschließlich Lithium, Kobalt und Nickel, die sich negativ auf die Umwelt auswirken, insbesondere wenn sie nicht ordnungsgemäß entsorgt werden. Die Nutzung von Batterien in einem zweiten oder sogar dritten und vierten Lebenszyklus ist deshalb besonders nachhaltig und sinnvoll.
- Arbeitsbedingungen: Lithium wird oft in Ländern abgebaut, in denen noch Kinderarbeitskräfte eingesetzt werden, insbesondere in kleinen privaten Mienen, in denen Behörden kaum kontrollieren. Die Arbeitsbedingungen und die Entlohnung sind oft schlecht – genauso wie die Gesundheit und Sicherheit der Arbeiter.
Wichtig ist deshalb, dass die Lieferketten transparent sind und dass die Hersteller wirklich sicherstellen, dass keine Kinderarbeit oder andere Formen der Ausbeutung stattfinden.
Sie möchten Lithium-Ionen-Batterien möglichst nachhaltig nutzen? Oder suchen Sie Lösungen, um Ihre Batterien in einem zweiten oder dritten Leben wiederzuverwerten? Dann beraten wir Sie gern dazu, wie unsere KI-basierten Testsysteme Sie dabei unterstützen können.
