Author: LaTanya Schwalb
Vier Best Practices für Hersteller und OEMs zur Verbesserung von Sicherheit, Leistung und Nachhaltigkeit
In den letzten fünf Jahren ist der Verkauf von Elektrofahrzeugen (EVs) rasant gestiegen und Energiespeicherkapazitäten in Stromnetzen wurden weltweit erheblich ausgebaut. Batterien stehen im Mittelpunkt beider Trends: Sowohl für Elektrofahrzeuge als auch Energiespeichersysteme weisen Batterien die gleichen Schlüsseleigenschaften auf und werden häufig von denselben Herstellern produziert. Bis 2030 wird sich der Einsatz von Batterien weiter beschleunigen. Die Internationale Energieagentur (IEA) prognostiziert, dass weltweit eine Versechsfachung der Energiespeicherkapazität1 notwendig sein wird, um mit den wichtigsten Klimazielen Schritt zu halten, die eine Batteriespeicherkapazität von 1.200 GW erfordern.
Komplexität bei der schnellen Kommerzialisierung von Energiespeichersystemen
Die Kommerzialisierung und Skalierung von Batterietechnologien bringt eine Reihe von Herausforderungen mit sich, die von der Batteriechemie bis zur Anwendung reichen:
Sicherheit
Unsachgemäße Handhabung, Herstellungsfehler und Fehlfunktionen in Batteriesystemen können zu Bränden und Explosionen führen. Dies stellt ein erhebliches Risiko für die Produktionsumgebung und für Endnutzer, Ersthelfer und andere dar.
Auswirkungen auf die Umwelt
Verantwortungsvolles Design, Beschaffung, Herstellung und Management der Batterieentsorgung und des Recyclings können dazu beitragen, die Umweltauswirkungen der Herstellung zu minimieren.
Leistung
Es gibt eine Vielzahl von Batteriedesigns, Leistungsmetriken und Bedingungen, denen Batterien in unterschiedlichen Umgebungen und Anwendungen ausgesetzt sind. Daher müssen Systeme, Packs und Zellen oft mit mehreren Bewertungsmethoden beurteilt werden, um potenzielle Probleme angemessen zu evaluieren.
Einhalten sich entwickelnder Standards
Damit Batteriesysteme die für die Marktakzeptanz erforderlichen Sicherheits-, Umwelt- und Leistungsanforderungen erfüllen, müssen sie mit den sich ändernden gesetzlichen und regulatorischen Rahmenbedingungen Schritt halten. Diese Rahmenbedingungen entwickeln sich häufig mit den zugrunde liegenden Technologien weiter, was die Komplexität, mit der sich Hersteller auseinandersetzen müssen, weiter erhöht.
All diese Dimensionen haben Auswirkungen auf die reale Welt. Jüngste Produktionsunfälle, darunter ein Batteriebrand in einer Fabrik in Südkorea2 und Brände, die durch Fertigprodukte wie Elektrofahrräder in New York City3 ausgelöst wurden, haben Dutzende von Todesopfern und viele Verletzte gefordert.
Wie Batterie-Innovatoren Sicherheit, Leistung und Nachhaltigkeit verbessern können
Viele Hersteller und OEMs werden in den kommenden Jahren ihre Produktion von Batteriespeichern hochfahren. Die nachfolgenden Punkte sind zu berücksichtigen, um beim Fertigungsausbau die Sicherheit und Leistung zu verbessern und gleichzeitig die Nachhaltigkeit zu fördern.
Sicherheitsprüfung
Hersteller können proaktiv mit qualifizierten Dritten zusammenarbeiten, um Produkte zu testen und zu zertifizieren und so sicherere Batteriesysteme auf den Markt zu bringen. Zu den wichtigsten Prüfparametern gehören:
- Prüfung des thermischen Durchgehens: Die Batterien werden unter Bedingungen getestet, die zu einer Überhitzung von Batteriezellen führen können, die sich auf andere Zellen ausbreiten oder einen Brand oder eine Explosion verursachen kann.
- Kurzschlusstest: Überprüfung der Reaktion von Batterien auf interne und externe Kurzschlüsse, um andere Sicherheitsrisiken zu vermeiden.
- Schutz vor Überladung/Entladung: Prüft die Fähigkeit der Batterien, übermäßige Ladungen oder Entladungen ohne Ausfall zu bewältigen.
Leistungsprüfung
Um die verschiedenen Merkmale und Bedingungen, die Leistungstests abdecken, effektiv zu bewerten, arbeiten viele Hersteller mit qualifizierten Dritten zusammen, die Leistungsparameter testen:
- Prüfung der Batterielebensdauer: Es wird getestet, wie viele Lade-/Entladezyklen eine Batterie durchlaufen kann, bevor ihre Kapazität unter einen nutzbaren Grenzwert sinkt.
- Prüfung der Kapazität und Energiedichte: Es werden Tests und Messungen bezüglich der Gesamtladung, die eine Batterie aufnehmen kann, und ihrer Energie pro Gewichts- oder Volumeneinheit durchgeführt.
- Prüfung der Leistungsdichte: Hier wird überprüft, wie schnell eine Batterie Energie liefern kann.
Robuste Qualitätskontrolle
Führende Batteriehersteller sind bestrebt, ihre Qualitätskontrollsysteme und -verfahren von der Inline-Prüfung bis zur Endkontrolle kontinuierlich zu verbessern. Dies ist besonders wichtig, da sich sowohl Technologien als auch Vorschriften, Normen und Zertifizierungen für Leistung und Sicherheit weiterentwickeln.
Umwelt- und Nachhaltigkeitspraktiken
Hersteller können sich auch dadurch differenzieren, dass sie der Analyse der Umweltauswirkungen ihrer Produktion und ihrer Betriebsabläufe Priorität einräumen. Dazu gehören die Durchführung von Lebenszyklusanalysen, die Verbesserung der Datentransparenz und die Entwicklung von Produkten, die sich für das Recycling oder die sichere Wiederverwendung in anderen Anwendungen eignen.
Auf neue Herausforderungen und Chancen für Batterien vorbereitet sein
Proaktivität kann Herstellern und Erstausrüstern helfen, einen Vorsprung in der Batterieindustrie zu behalten, da weiterhin mit neuen Herausforderungen zu rechnen ist. Die Markteinführung größerer Batteriepacks und -systeme erfordert z. B. neue Testmöglichkeiten und spezialisierte Testeinrichtungen, damit Hersteller und OEMs die Sicherheit und Leistung für alle möglichen Anwendungsbereiche ordnungsgemäß testen können.
UL Solutions unterstützt Hersteller bei der Bewertung und Prüfung von Produkten nach bestimmten Normen. Das Unternehmen nimmt an Arbeitsgruppen teil, um mit der Entwicklung neuer Vorschriften und Zertifizierungsanforderungen Schritt zu halten, wenn sich Technologien weiterentwickeln, und darüber zu informieren. UL Solutions entwickelt ständig neue Angebote, wie z. B. neue Batterietesteinrichtungen, um auf Marktentwicklungen zu reagieren und Herstellern zu helfen, mit der sich verändernden Branchenlandschaft Schritt zu halten – um weiterhin sichere Produkte mit nachgewiesener Leistung auf den Markt zu bringen.
Quellen
1 Rapid expansion of batteries will be crucial to meet climate and energy security goals set at COP28, IEA News, https://www.iea.org/news/rapid-expansion-of-batteries-will-be-crucial-to-meet-climate-and-energy-security-goals-set-at-cop28
2 Fatal South Korea Factory Fire Highlights Need for Better Battery Regulation, NFPA, https://www.nfpa.org/news-blogs-and-articles/blogs/2024/06/24/south-korea-battery-factory-fire-highlights-need-for-better-battery-regulation
3 Mayor Adams Takes New Actions to Prevent Deadly Lithium-Ion Battery Fires, Promote Safe E-Bike Charging and Usage, NYC.Gov, https://www.nyc.gov/office-of-the-mayor/news/574-24/mayor-adams-takes-new-actions-prevent-deadly-lithium-ion-battery-fires-promote-safe-e-bike#/0
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