Batterien – Thema der seit Jahrzehnten laufenden Sicherheitsforschung bei UL – sind der Schlüssel zu einem modernen Lebensstil sowie zum heutigen Energieportfolio
Als entscheidender Bestandteil vieler moderner Helfer, von medizinischen Geräten bis zu Industriemaschinen, versorgen Batterien auch andere Elemente des modernen Lebens mit Energie. So auch kritische Elektroverteilsysteme.
Heute stammen zwei Drittel der Stromerzeugung aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe und ein zusätzliches Fünftel aus der Kernenergie (Quelle: US Energy Information Administration). Doch die Umweltgefahren durch diese Technologien und das begrenzte Angebot an Brennstoffen dafür haben zu der Erkenntnis geführt, dass die Stromerzeugung für das Stromnetz zunehmend auf nachhaltigen Energiequellen basieren muss.
Die Veränderlichkeit der Natur bewirkt, dass diese nachhaltigen Methoden immer mit Schwankungen der Energieerzeugung verbunden sein werden und dass die Produktion kaum Bezug zum Strombedarf der Gesellschaft hat. Die Entwicklung besserer Möglichkeiten zur effizienten Nutzung von Wasser-, Solar- und Windenergie wird immer eine hohe Priorität haben, aber die Zuverlässigkeit der erneuerbaren Energien muss durch den verstärkten Einsatz von Batterien und Speicherstrategien unterstützt werden.
Batterien können bei nachhaltiger Energieversorgung unterstützen
Batterien optimieren die Steuerung der Stromerzeugung aus nachhaltigen Energiequellen. Da die Nachfrage nach Energie und ihre Produktion im Laufe der Zeit stark und unabhängig voreinander schwanken, ist für den effizienten Betrieb des Stromnetzes eine ausreichende Stromversorgung aus nicht-primären Quellen erforderlich, um den sich laufend verändernden Bedarf zu decken.
Energiespeicherung in Batterien dient in Solaranlagen zwei Zwecken. Durch die Speicherung von Energie können Batterien photovoltaische Zellen zu Spitzenlastzeiten ergänzen und die Stromproduktion in der Nacht oder zu anderen Zeiten verstärken, wenn kein Sonnenlicht vorhanden ist.
Das gleiche gilt für die Windkraft. Batterien speichern überschüssige Energie, wenn der Wind stark, aber der Strombedarf gering ist, und stellen Sie tagsüber zu Spitzenlastzeiten zur Verfügung.
Batterien sollten zudem im Katastrophenfall eine lebensrettende Rolle spielen, wenn die Stromzufuhr unterbrochen wird oder völlig ausfällt. Den Betreibern von Krankenhäusern ist dies schon seit langem bekannt und sie sichern ihre Einrichtungen mit ausreichender Leistung aus Batterien ab, die lebenserhaltende medizinische Geräte im Falle eines Stromausfalls mit Strom versorgen.
Die Weiterentwicklung der Energiespeichertechnik ist ein Muss
Zurzeit ist die Lithium-Ionen-Technologie die vielfältigste und in vielerlei Hinsicht am meisten verwendete Technologie, die uns aus unseren elektronischen Geräten vertraut ist. Zusammen mit der Verbesserung der Lithium-Ionen-Technologie werden zurzeit Batterien mit unterschiedlichster Chemie, Konfiguration und Anpassung entwickelt.
Die Kapazität und Effizienz der Batteriespeicherung muss sich noch weiter entwickeln, denn unser Wissen kann nicht mit den Zielen der Gesellschaft Schritt halten. Und wir wissen, dass die Entwicklung einer Technologie unbeabsichtigte Folgen haben und neue Sicherheitsrisiken schaffen kann, insbesondere dann, wenn diese Fortschritte voll in unseren Alltag integriert werden. Batterietechnologie unterscheidet sich in dieser Hinsicht von anderen in Nichts.
Da sich die Technologien der Batteriespeicherung weiterentwickeln und bald schon Möglichkeiten (insbesondere als Stütze der Entwicklung nachhaltiger Energien) bieten werden, die wir uns heute nur vorstellen können, muss ihre sichere und zuverlässige Nutzung immer ein zentraler Bestandteil dieses Fortschritts sein. Unabhängige Forschung und Prüfung sind ein entscheidender Baustein, mit dem Hersteller Batterien sicher entwickeln und bauen können, die für den Einsatz in neuen Anwendungen tauglich sind.
Konzentration auf Lithium-Ionen-Technologien
Die Popularität von Lithium-Ionen-Batterien hat in den letzten Jahren zugenommen. Die oft als LiB bezeichneten Batterien sind wiederaufladbar und verfügen über eine höhere Speicherkapazität, sodass die Verbraucher tragbare Geräte unterwegs benutzen können, ohne die Batterien laufend ersetzen oder aufladen zu müssen. Im Allgemeinen sind Lithium-Ionen-Batterien sicher und nur etwa eine Batterie von 10 Millionen fällt aus.
Aber zusammen mit der Nachfrage nach LiB haben auch die Sicherheitsbedenken zugenommen, obwohl Vorfälle weiterhin selten sind. Aktuelle Nachrichten über Hoverboards, die Feuer gefangen haben, brachten die Frage der Sicherheit von Batterien wieder in den Fokus der öffentlichen Aufmerksamkeit.
Seit mehr als einem Jahrzehnt widmet UL ein ganzes Team der Erforschung der allgemeinen Fragen zur Sicherheit von LiB. Dieses Team soll Herstellern und der Industrie allgemein helfen, besser zu verstehen, wie sich die Anzahl der Vorfälle mit unsicheren Batterien reduzieren lässt.
Diese Batterien sind inhärent extrem komplex, sagte Carl Wang von UL, einer von vielen UL Forschern, dessen Arbeit der Sicherheitswissenschaft für LiB-Technologie gewidmet ist. „Es muss ein systematischer und wissenschaftlicher Ansatz her, um die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterie zu untersuchen“, sagte Wang.
Wang und sein Team sind auf die Materialwissenschaft für Lithium-Ionen-Batterien konzentriert. Während andere UL-Teams einzelne Batterien auf die Einhaltung von Normen prüfen, ist sein Team ganz allgemein auf das Verständnis der umfassenden Sicherheitskonzepte für LiB konzentriert.
„Wir führen grundlegenden Studie zur Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien durch“, sagte Wang. „Wir sehen uns an, warum eine Lithium-Ionen-Batterie ausfällt.“ Das UL Team erfüllt ein wichtiges Bedürfnis auf dem Markt, denn solche Forschung ist teuer und aus Kostengründen verbietet es sich für viele Hersteller, diese Arbeiten auf eigene Faust durchzuführen. „Wir verfügen über modernere Prüf- und Analyseausrüstungen als viele Hersteller haben“, sagte Wang. „Dadurch können wir ihnen helfen herauszufinden, warum eine Batterie versagt hat, und die möglichen Sicherheitsrisiken ihrer Batterie bestimmen. Das hilft ihnen in ihrem gesamten Entwicklungsprozess.“
In vielerlei Hinsicht sieht der Prozess für diese Prüfungen dem für die Prüfungen zur Zertifizierung von Batterien für die Einhaltung von Normen sehr ähnlich. Das UL Team setzt die Batterie einer Reihe von Belastungstests aus und passt die Umweltbedingungen sowie die mechanischen und elektrischen Umgebungen so an, dass die Batterien analog zu ihren Einsatzgebieten belastet werden.
Doch statt die Batterien mit einem Pass/Fail-Bericht zu versehen, bemüht sich das UL Team, die möglichen Ausfallmechanismen zu erkennen, so dass die Hersteller die Möglichkeit haben, den Entwicklungsprozess wieder aufzunehmen und Sicherheitsfunktionen in ihre Entwürfe aufzunehmen.
Die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien wird sich wahrscheinlich mit der Ausbreitung neuer Mobiltechnologien weiter steigern. Im Ergebnis werden die UL Teams ihre Spezialforschung fortsetzen, um die Sicherheit dieser wichtigen Energiequellen voranzutreiben.
Wenn Sie mit einem Vertreter von UL über unsere Arbeit mit Batterien sprechen oder mehr Informationen über die Prüfung von Lithium-Ionen-Batterien erfahren möchten, besuchen Sie uns auf der HANNOVER MESSE 16 in Halle 9/Stand H79 oder Halle 6/Stand K01. Fordern Sie unter [E-MAIL FÜR TERMINE HIER EINFÜGEN] einen Termin an. Besuchen Sie uns online unter ul.com/batteries oder bitten Sie uns unter contact.ul.com/contact-ul-energy um ein Dienstleistungsangebot.