Sicherheits- und Risikobewertung von First-Life- und Second-Life-Lithium-Ionen-Batterien (SafeLiBatt)

Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) spielen eine wesentliche Rolle in der aktuellen Diskussion um die Energiewende zur Reduzierung des Einsatzes fossiler Brennstoffe. So wird der LIB-Einsatz in diversen Anwendungen, wie Elektronik, E-Mobilität oder stationäre Speichersysteme, stark zunehmen. Vor allem im Bereich der E-Mobilität wird eine starke Zunahme von E-Fahrzeugen dazu führen, dass Terawatt-Stunden an Batterien zur Verfügung stehen, die aufgrund ihrer Abnützung nicht mehr den technischen Erfordernissen für E-Fahrzeuge erfüllen. Werden solche First-Life-Batterien (1stL-LIBs) ausgetauscht, können sie in alternativen Anwendungen (z.B. Energiespeicher) eingesetzt werden. Solche Second-Use-Anwendungen gewinnen weltweit an Interesse und spielen hinsichtlich Nachhaltigkeit von LIBs eine entscheidende Rolle. 1stL-LIBs aus beispielsweise E-Fahrzeugen sind jedoch extremen Betriebstemperaturen, hunderten von Teilzyklen pro Jahr, Lade- und Entladeraten ausgesetzt und nehmen so während ihrer 1. Lebensdauer an Leistung ab. Durch Beschädigungen können LIBs ausgasen, in Brand geraten oder sogar explodieren. Dieses Phänomen wird als thermisches Durchgehen bezeichnet. Über die Sicherheit von Second-Use-Anwendungen bzw. das thermische Durchgehen von 2ndL-LIBs ist derzeit noch wenig bekannt. Im Projekt SafeLiBatt werden daher Sicherheitsrichtlinien für 1stL- und 2ndL-LIBs näher ausgearbeitet, wobei integrative Methoden zum Risikomanagement angewandt werden. In Laborversuchen werden durch die deutsche Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) sowie vom französischen Institut National de l'Environnement Industriel et des Risques (INERIS) neue und gebrauchte LIBs (auf Zellebene) auf ein thermisches Durchgehen getestet und zusätzlich die Freisetzung toxischer Gase und Substanzen analysiert. Ein Fokus liegt dabei auf dem unterschiedlichen Verhalten von 1stL- und 2ndL-LIBs. Ziel ist es, sicherheitsrelevante Informationen zu sammeln, um daraus Vorsichtsmaßnahmen für Ersthelfer (Feuerwehr, Rettung, Polizei) bei Notfällen bzw. Unfällen abzuleiten. Darüber hinaus werden die österreichischen Projektpartner BOKU Wien, Österreichische Akademie der Wissenschaften (ÖAW) und Brimatech Services GmbH eine integrierte Risikoanalyse durchführen. Eine Lebenszyklusanalyse (LCA) soll die Umweltvorteile, insbesondere durch die Verlängerung der Batterien-Lebensdauer, quantifizieren. Zusätzlich werden die aus den Labortests gewonnenen Primärdaten zu Emissionen während des thermischen Durchgehens in die LCA integriert, um mögliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und Umwelt bewerten zu können. Darüber hinaus werden die ökonomischen und sozialen Auswirkungen von LIBs untersucht, wobei vor allem die allgemeine Akzeptanz sowie wahrgenommenen Treiber, Chancen und Hindernisse von Second-Use-Anwendungen erhoben werden. Dafür werden Literaturrecherchen, qualitative Interviews mit Stakeholdern des LIB-Wertschöpfungsnetzwerks sowie Workshops durchgeführt. Mit Hilfe von partizipativen Verfahren können auch verschiedene Aspekte rund um die Themen Arbeitssicherheit, Safe-by-Design und Design-for-Reuse diskutiert werden. Aus den Projektergebnissen werden schlussendlich Handlungsempfehlungen für die sichere Entwicklung und Nutzung von 1stL- und 2ndL-LIBs abgeleitet. Zudem sollen die Projektergebnisse in internationale und nationale Normungsgremien zur Standardisierung der Sicherheitsrichtlinien eingebracht werden.