Stellen Sie sich vor, Ihr Batteriespeicher könnte Ihnen genau mitteilen, wie es ihm geht – ähnlich wie ein EKG beim Arzt Aufschluss über die Herzgesundheit gibt. Genau daran arbeitet die Empa im Rahmen des EU-Green-Deal-Projekts «HyMetBat». Die Schweizer Materialforschungsanstalt entwickelt revolutionäre Messmethoden, die Batterien quasi einem «Belastungs-EKG» unterziehen. Für Eigenheimbesitzer mit Photovoltaik-Speichersystemen könnte dies einen Wendepunkt bedeuten: Batterien, die länger halten, effizienter arbeiten und deren Zustand präzise überwacht werden kann.
Warum Batterien ein «Belastungs-EKG» brauchen
Batterien sind das Herzstück moderner Energiespeichersysteme, doch ihre Entwicklung gleicht oft einem Blindflug. Während wir bei einem Auto den Kilometerstand ablesen können, fehlen bei Batterien präzise Diagnosemethoden für ihren aktuellen Zustand. Die Empa-Forscher haben erkannt, dass herkömmliche Testmethoden zu langsam und ungenau sind, um die rasante Entwicklung neuer Batterietechnologien zu unterstützen.
Das Problem ist besonders für Hausbesitzer relevant: Ein typischer Lithium-Ionen-Speicher für ein Einfamilienhaus kostet zwischen 8.000 und 15.000 Euro. Wenn die Batterie nach nur fünf statt der versprochenen zehn Jahre ausgetauscht werden muss, entstehen erhebliche Mehrkosten. Die neuen Messmethoden der Empa sollen helfen, solche unerwarteten Ausfälle zu vermeiden und die Lebensdauer von Batteriespeichern zu maximieren.
Innovative Messmethoden revolutionieren die Batterieentwicklung
Im Projekt «HyMetBat» entwickelt die Empa zusammen mit europäischen Partnern völlig neue Ansätze zur Batteriecharakterisierung. Statt Batterien monatelang zu testen, können die Forscher nun innerhalb weniger Stunden oder Tage präzise Aussagen über deren Langzeitverhalten treffen. Diese beschleunigte Diagnostik funktioniert ähnlich einem medizinischen Belastungs-EKG: Die Batterie wird kontrollierten Stresssituationen ausgesetzt, während hochpräzise Sensoren jeden Parameter überwachen.
Die neuen Methoden umfassen mehrere innovative Ansätze:
- Impedanzspektroskopie: Misst den elektrischen Widerstand der Batterie bei verschiedenen Frequenzen
- Thermische Analyse: Überwacht Wärmeentwicklung und -verteilung während des Betriebs
- Mechanische Spannungsmessung: Erfasst strukturelle Veränderungen in den Batteriezellen
- Elektrochemische Mikroskopie: Visualisiert Alterungsprozesse auf molekularer Ebene
Für die praktische Anwendung bedeutet dies, dass Batteriehersteller ihre Produkte schneller optimieren und Hausbesitzer bessere Garantiebedingungen erhalten können. Ein Speichersystem, das heute eine Garantie von zehn Jahren hat, könnte künftig 15 oder sogar 20 Jahre zuverlässig funktionieren.
Konkrete Vorteile für Eigenheimbesitzer
Die Forschungsergebnisse der Empa haben direkten Einfluss auf die Alltagstauglichkeit von Batteriespeichern in Privathaushalten. Ein durchschnittliches Einfamilienhaus in der Schweiz, Deutschland oder Österreich benötigt einen Speicher mit 8-12 kWh Kapazität, um den Eigenverbrauch der Photovoltaikanlage optimal zu nutzen. Mit den neuen Messmethoden können Hersteller gezielt die Schwachstellen ihrer Batterien identifizieren und beheben.
Ein konkretes Beispiel: Aktuelle Lithium-Eisenphosphat-Batterien erreichen etwa 6.000 Ladezyklen bei 80% Restkapazität. Mit den Erkenntnissen aus dem «HyMetBat»-Projekt könnten künftige Generationen 8.000 bis 10.000 Zyklen erreichen. Bei einem typischen Haushalt mit täglicher Lade-Entlade-Zyklen würde dies die Lebensdauer von 16 auf über 20 Jahre verlängern.
Die verbesserte Diagnostik ermöglicht zudem präventive Wartung. Statt zu warten, bis eine Batterie ausfällt, können Servicetechniker frühzeitig eingreifen und einzelne Module austauschen. Dies reduziert nicht nur die Kosten, sondern erhöht auch die Verfügbarkeit des Speichersystems.
Auswirkungen auf die Energiewende im DACH-Raum
Die Batterieforschung der Empa kommt zur rechten Zeit: Deutschland plant bis 2030 den Ausbau der Photovoltaik auf 215 GW installierte Leistung, die Schweiz will ihre Solarstromproduktion bis 2035 auf 34 TWh verfünffachen. Österreich setzt ebenfalls verstärkt auf dezentrale Energiespeicherung. All diese Ziele sind nur mit zuverlässigen, langlebigen Batteriespeichern erreichbar.
Die neuen Messmethoden beschleunigen nicht nur die Produktentwicklung, sondern senken auch die Kosten. Wenn Hersteller ihre Batterien schneller und präziser testen können, reduzieren sich Entwicklungszeiten und -kosten erheblich. Diese Einsparungen geben sie teilweise an die Kunden weiter. Experten prognostizieren, dass die Preise für Heimspeicher bis 2030 um weitere 30-40% fallen könnten.
Besonders interessant ist der Ansatz für Second-Life-Anwendungen: Elektroauto-Batterien, die für den Fahrbetrieb nicht mehr geeignet sind, können als stationäre Speicher weiterverwendet werden. Die präzisen Diagnosemethoden der Empa ermöglichen es, den exakten Zustand solcher gebrauchten Batterien zu bestimmen und sie optimal für den zweiten Einsatzzweck zu konfigurieren.
Technische Innovation trifft praktische Anwendung
Das «HyMetBat»-Projekt zeigt exemplarisch, wie Grundlagenforschung direkte praktische Auswirkungen haben kann. Die Empa arbeitet eng mit Industriepartnern zusammen, um sicherzustellen, dass die entwickelten Methoden auch außerhalb des Labors funktionieren. Erste Prototypen der neuen Messgeräte werden bereits bei Batterieherstellern getestet.
Ein besonders vielversprechender Ansatz ist die Integration der Diagnosefunktionen direkt in die Batteriemanagementsysteme. Künftige Speicher könnten kontinuierlich ihren eigenen Zustand überwachen und Wartungsbedarf automatisch melden. Hausbesitzer würden per App informiert, wenn einzelne Zellen schwächeln oder das System optimiert werden kann.
Die Forschung konzentriert sich auch auf neue Batteriechemien jenseits von Lithium-Ionen. Natrium-Ionen-Batterien, Festkörperbatterien und andere innovative Technologien benötigen spezielle Testverfahren. Die Empa entwickelt diese Methoden parallel zu den Batterien selbst, um Entwicklungszeiten zu verkürzen.
Fazit und Handlungsempfehlungen
Die Batterieforschung der Empa markiert einen wichtigen Meilenstein auf dem Weg zu zuverlässigeren und langlebigeren Energiespeichern. Für Eigenheimbesitzer, die aktuell über die Installation eines Batteriespeichers nachdenken, ergeben sich mehrere konkrete Handlungsempfehlungen:
Kurzfristig: Warten Sie mit größeren Investitionen noch 1-2 Jahre ab, wenn möglich. Die neuen Forschungsergebnisse werden ab 2025 in kommerzielle Produkte einfließen und deutlich bessere Batterien zu ähnlichen Preisen ermöglichen. Falls Sie jetzt kaufen müssen, achten Sie auf Hersteller, die bereits erweiterte Diagnosefunktionen anbieten.
Mittelfristig: Planen Sie bei Neuanschaffungen eine Speichergröße, die auch künftige Erweiterungen ermöglicht. Die verbesserte Batterietechnologie wird modulare Systeme begünstigen, bei denen einzelne Komponenten ausgetauscht oder ergänzt werden können, ohne das gesamte System zu ersetzen.
Langfristig: Informieren Sie sich regelmäßig über neue Entwicklungen in der Batterietechnologie. Die Empa und andere Forschungseinrichtungen werden in den kommenden Jahren weitere Durchbrüche erzielen. Ein heute installiertes System sollte so konzipiert sein, dass es von diesen Fortschritten profitieren kann – sei es durch Software-Updates oder den Austausch einzelner Komponenten.
Die «Belastungs-EKG»-Methoden der Empa sind mehr als nur eine technische Innovation – sie sind der Schlüssel zu einer zuverlässigeren, kosteneffizienteren Energiewende. Hausbesitzer, die heute die richtigen Entscheidungen treffen, werden morgen von deutlich besseren und langlebigeren Batteriespeichern profitieren.