Forscher des Fraunhofer ICT haben eine Möglichkeit entwickelt, um den Zellstapel auf Fehler hin zu untersuchen, ohne diesen zulegen zu müssen. Die Methode ist sowohl in der Entwicklung neuer Zellstapel als auch bei der Qualitätskontrolle in der Produktion einsetzbar.
Forscher des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie (ICT) haben zusammen mit ihren Kollegen vom Fraunhofer-Entwicklungszentrum Röntgentechnik (EZRT) eine neue Methode entwickelt, um die Zellstapel von Redox-Flow-Batterien in allen industriell relevanten Größen zu untersuchen und zu bewerten. Damit müssen sie bei der Überprüfung der Zellstapel diese nicht mehr zerlegen. Statt dessen nutzen sie die Computertomographie (CT), um die Dichtheit und die elektrochemische Stabilität der Systeme zu prüfen. Denn die Toleranzen sind hier sehr gering und müssen über große Dimensionen und viele Komponenten eingehalten werden, damit die Batterie auch sicher und zuverlässig funktioniert.
Große Zellstapel untersuchen
Die Zellstapel – die sogenannten Stacks – sind dabei das Herzstück der Batterie. Bisher musste er zur Fehlersuche immer zerlegt werden. Das ist aufwändig und teuer. Die Forscher nutzen statt dessen einen CT-Scanner. Dazu können sie auf das Gerät des EZRT zurückgreifen, um auch größere Zellstapel mit mehreren Kilowatt Leistung zu untersuchen. Sie setzen dies bei der Entwicklung neuer Systeme ein. Durch die CT-Aufnahme hätten die Forscher eine Möglichkeit, bei der Entwicklung neuer Stacks genau zu untersuchen, ob die vorgegebenen Maße auch im Betrieb eingehalten werden, sagt Jens Noack vom Fraunhofer ICT. Bisher habe man die Stapel nach dem Testbetrieb wieder demontiert und aufwändig auf Fehler hin untersucht. „Dieser Vorgang hat sich nach weiteren Tests dann auch häufig wiederholt“, beschreibt Noack die Hürde. „Durch die neue Analysetechnik beschleunigt sich unsere Entwicklung von neuen, effizienten, langlebigen und sicheren Batterien deutlich.
Der Elektrochemie auf der Spur
Noack betont aber, dass eine CT-Anlage auch zur direkten Kontrolle in der Produktion sinnvoll ist. Denn damit könne der Hersteller direkt bei der Herstellung kontrollieren, ob die Toleranzen im Energiewandler eingehalten werden. Er kann damit die Qualität solcher Speichersysteme weiter verbessern.
In einem nächsten Schritt wollen die Forscher vom Fraunhofer ICT die Verteilung der Elektrolyte in den Zellstapeln sichtbar machen. Dazu werden sie zeitlich hochaufgelöste CT-Messungen durchführen. „Durch diese Erweiterung können wir in naher Zukunft dann auch die Gestaltung der Zellen hinsichtlich der Elektrochemie optimieren, um die Leistungsfähigkeit der Batterien noch weiter zu erhöhen“, stellt Jens Noack in Aussicht. (Sven Ullrich)
