29.09.2021

Gasfreisetzung beim Thermischen Durchgehen einer Lithium-Ionen-Zelle

Gasfreisetzung beim Thermischen Durchgehen einer Lithium-Ionen-Zelle

Quelle: BAM, Fachbereich Auswirkungsbetrachtungen bei Stoff- und und Energiefreisetzungen

Projektlaufzeit

01.02.2021 - 31.01.2023

Projektart

Verbundforschungsprojekt

Projektstatus

Laufend

Kurzbeschreibung

Im Projekt SEE-2L geht es um sicherheitstechnische Untersuchungen von stationären elektrischen Energiespeichern in Second Life Anwendungen.

Ort

Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) Zweiggelände Horstwalde
An der Düne 44
15837 Baruth/Mark

Entwurfszeichnung des SEE-2L Versuchsstands

Entwurfszeichnung des SEE-2L Versuchsstands

Quelle: BAM, Fachbereich Auswirkungsbetrachtungen bei Stoff- und und Energiefreisetzungen


Durch die Energiewende gewinnen dezentrale Energiespeicher an Bedeutung. Second Life Batterien, welche im First Life (z.B. E-Mobility) durch Alterung nicht mehr die nötige Leistung erreichen, sind für dezentrale Energiespeicher eine vielversprechende Alternative. Hierbei gilt es verschiedene Sicherheitsaspekte zu berücksichtigen. Immer wieder steht dabei das thermische Durchgehen im Fokus.

Ein Pfeil in der Mitte einer Zielscheibe

Quelle: BAM

Das Ziel des Projektes SEE-2L ist es, die Auswirkungen von stationären elektrischen Energiespeichern (EES) in Second Life Anwendungen beim thermischen Durchgehen zu betrachten. Gefährliche Zustände sollen so früh wie möglich erkannt werden. Für den Fall des thermischen Durchgehens soll das Brandverhalten von großen EES Systemen charakterisiert werden.

Stilisierter Programmablaufplan

Quelle: BAM

Ein Schwerpunkt der Versuche liegt bei der in-situ Analyse der Gasfreisetzung. Neben brennbaren Gasen sind auch toxische Bestandteile wie Kohlenmonoxid (CO) und Flurwasserstoff (HF) typische Freisetzungsprodukte. Es soll u. a. ein System aus mehreren Diodenlaser-Spektrometern für Fluorwasserstoff (HF) aufgebaut werden, um zu ermitteln, ob und wieviel HF beim thermischen Durchgehen freigesetzt wird.

Händeschütteln

Quelle: BAM

Partner

BAM - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung
vfdb - Vereinigung zur Förderung des deutschen Brandschutzes
OVGU - Otto von Guericke Universität Magdeburg, Lehrstuhl Anlagentechnik und Anlagensicherheit

Förderung

Das Projekt SEE-2L ist ein drittmittelfinanziertes Verbundvorhaben des BMBF

SEE-2L – Sicherheit elektrochemischer Energiespeicher in Second Life Anwendungen

Im Zuge der Energiewende gibt es einen starken Wandel von fossilen zu erneuerbaren Energien. Das steigert die Bedeutung und Verwendung von dezentralen Energiespeichern. Durch sie soll eine bessere Homogenisierung des Stromnetzes oder auch eine Zwischenspeicherung von Energie erreicht werden. Second Life Batterien, welche im First Life (z.B. E-Mobility) durch Alterung nicht mehr die nötige Leistung erreichen, sind für dezentrale Energiespeicher eine vielversprechende Alternative. Hierbei gilt es verschiedene Sicherheitsaspekte zu berücksichtigen. Immer wieder steht dabei das thermische Durchgehen im Fokus. Dieses ist unter anderem durch die Freisetzung von großen Wärmemengen und toxischen sowie brennbaren Gasen gekennzeichnet. Im Projekt SEE-2L soll die Sicherheit von stationären elektrischen Energiespeichern untersucht werden, insbesondere die potenziellen Auswirkungen beim thermischen Durchgehen.
Dafür wird auf dem BAM Testgelände Technische Sicherheit (BAM TTS) ein neuer Großversuchstand errichtet. Hier sollen elektrische Energiespeicher (EES) bis zu einem Energiegehalt von 500 kWh getestet werden.

Bauarbeiten zum Versuchsstand SEE-2L auf dem BAM Testgelände Technische Sicherheit

Bauarbeiten zum Versuchsstand SEE-2L auf dem BAM Testgelände Technische Sicherheit im Sommer 2021

Quelle: BAM, Fachbereich Auswirkungsbetrachtungen bei Stoff- und und Energiefreisetzungen

Thermisches Durchgehen bei Second Life Anwendungen von Batterien

Das Ziel des Projektes SEE-2L ist es, die Auswirkungen von EES in Second-Life-Anwendungen beim thermischen Durchgehen zu betrachten. Hierfür sollen gefährliche Zustände frühestmöglich erkannt werden. Für den Fall des thermischen Durchgehens soll das Brandverhalten von großen EES Systemen charakterisiert werden. Im Bereich des abwehrenden Brandschutzes dienen die Ergebnisse dazu, Löschstrategien für Einsatzkräfte von Feuerwehren und Hilfsorganisationen weiterzuentwickeln. Darüber hinaus sollen experimentelle Ergebnisse auch als Eingangsparameter für den vorbeugenden baulichen Brandschutz verwendet werden, z.B. für die brandschutztechnische Einordnung dezentraler Hausspeicher. Aber auch für den Bereich der Prozess- und Anlagensicherheit ist es wichtig, die maximalen Auswirkungen beim Versagen dieser Energiespeicher zu kennen und entsprechende Schutzmaßnahmen festzulegen.

Analyse der Gasfreisetzung

Ein Schwerpunkt der Versuche liegt bei der in-situ Analyse der Gasfreisetzung. Neben brennbaren Gasen sind auch toxische Bestandteile wie Kohlenmonoxid (CO) und Fluorwasserstoff (HF) typische Freisetzungsprodukte. Dafür soll u. a. ein System aus mehreren Diodenlaserspektrometern für HF aufgebaut werden. Es soll ermittelt werden, ob und wieviel HF beim thermischen Durchgehen freigesetzt wird. Zusätzlich werden weitere Freisetzungsgase wie CO und brennbare Kohlenwasserstoffe mittels FTIR (Fourier-Transform-Infrarotspektrometer) untersucht. Neben der Abgasmessung werden auch Massenabbrandraten, Temperaturen (bis 128 Kanäle) und Drücke gemessen.

Partner

Das Projekt SEE-2L ist ein drittmittelfinanziertes Verbundvorhaben des BMBF mit drei Forschungspartnern. Aufgrund der interdisziplinären Aufgabenstellung sind Partner von behördlicher Seite und Brandschutz mit der Vereinigung zur Förderung des Deutschen Brandschutzes (vfdb) vertreten. Auf akademischer Seite ist die Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg mit dem Lehrstuhl für Anlagentechnik und Anlagensicherheit der Fakultät für Verfahrens- und Systemtechnik beteiligt.

BAM Themenfeld Energie, Aktivitätsfeld elektrische Energiespeicher und Energie-Konversion
vfdb Vereinigung zur Förderung des deutschen Brandschutzes
OVGU Otto von Guericke Universität Magdeburg, Lehrstuhl Anlagentechnik und Anlagensicherheit

Förderung

Das Projekt SEE-2 wird aus Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung im Rahmen des Programms "Forschung für die zivile Sicherheit" der Bundesregierung gefördert.