Zweites Leben für Batterien

Die Elektromobilität kommt weltweit immer besser in Fahrt: 2025 wurden erstmals mehr als 20 Millionen Steckerfahrzeuge (batterieelektrische E-Autos sowie Plug-in-Hybride) verkauft. Das entspricht rund einem Viertel aller Fahrzeuge, die neu auf die Strasse gebracht wurden. Auch bei den Nutzfahrzeugen werden elektrisch betriebene Vehikel immer beliebter – die Schweiz ist beispielsweise mit einem Anteil von 21 Prozent an den neu zugelassenen E-Lkw über 3,5 t die Nummer 1 in Europa. Da Elektrofahrzeuge im Betrieb emissionsfrei sind, wenn sie mit erneuerbarem Strom geladen werden, ist grundsätzlich klar, wie die Mobilität auf der Strasse dekarbonisiert werden kann. Aber: Betrachtet man den gesamten Lebenszyklus eines E-Autos, gibt es durchaus noch Bereiche, die im Sinne des Klimas und der Umwelt optimiert werden müssen.

Batterie weiternutzen

Dazu gehört nicht zuletzt das Herzstück eines jeden Elektrofahrzeugs – die Batterie.
Sie besteht aus vielen Rohstoffen, deren Abbau und Verarbeitung mit hohem Ressourcenaufwand verbunden sind. Auch die eigentliche Herstellung der Batteriezellen ist energieintensiv. Deshalb gilt: Um die Ökobilanz eines E-Autos zu verbessern, sollten die Batterie und ihre Komponenten möglichst lange genutzt und wiederverwendet werden. Wie ein solches zirkuläres Wirtschaftsmodell funktionieren könnte, hat das Projekt «CircuBAT» untersucht, an dem verschiedene Schweizer Forschungseinrichtungen sowie Akteure aus Wirtschaft und Industrie beteiligt waren.

Auch die OST – Ostschweizer Fachhochschule hat am Projekt mitgearbeitet. Das Institut für Energiesysteme (IES) und das Institut für Entwicklung Mechatronischer Systeme (EMS) konzipierten gemeinsam einen sogenannten Second-Life-Speicher. «Dabei handelt es sich um einen modifizierten Schiffscontainer, der in einen stationären Stromspeicher transformiert wird», erklärt Simon Nigsch, Leiter Elektrische Energiesysteme am IES. «Dazu baut man 10 bis 15 Batterien ein, die davor rund zehn Jahre in einem Elektroauto im Einsatz standen.»

Schubladen-Design

Ganz so simpel, wie das tönen mag, war das Vorhaben natürlich nicht. Für den sicheren und zuverlässigen Betrieb des Batteriespeicher-Containers ist ein durchdachtes Thermal-Management-System erforderlich. Dieses sorgt dafür, dass die einzelnen Batteriemodule aktiv gekühlt und abhängig von Belastung, Betriebszustand und Alter der Batterie innerhalb des jeweils optimalen Temperaturbereichs betrieben werden. Zusätzlich ist der Container in separate Abschnitte unterteilt, um im Falle eines Brandes die Ausbreitung von Feuer und Rauch gezielt einzudämmen beziehungsweise zu verlangsamen. Ergänzend wurde ein Wasseranschluss vorgesehen, damit der Container im Fehlerfall kontrolliert geflutet und eine weitere Brandausbreitung verhindert werden kann. Für diese Komponenten war das EMS zuständig.

Das IES wiederum verantwortete die Leistungselektronik. Es hat einen Gleichspannungs-Konverter entwickelt, der es ermöglicht, verschiedene Batterietypen auf unterschiedlichen Spannungsniveaus gleichzeitig und sicher zu betreiben. «Es wäre zu einschränkend, wenn man nur baugleiche Batterien für den Speicher verwenden könnte», erläutert Nigsch. Ebenfalls sehr praxisnah ist die Einbaumethode. Durch ein Schubladensystem kann man die Batterien denkbar einfach auswechseln. «Dank der modularen Bauweise können einzelne Komponenten wie Batterien oder Konverter gezielt ausgetauscht werden, ohne den gesamten Speicher demontieren zu müssen.»

Verschiedene Anwendungen

In erster Linie richtet sich die Idee des stationären Stromspeichers auf Basis von Second-Life-Batterien an Stromnetzbetreiber, die in ihrem Versorgungsgebiet Speicherkapazitäten installieren wollen. Es ist aber auch möglich, das Konzept auf die Bedürfnisse von Industriebetrieben oder privaten Haushalten auszurichten, indem der Speicher beispielsweise kleiner dimensioniert wird. Das Interesse daran sei gross, sagt Nigsch.

Ursprünglich war geplant, den Batteriespeicher in einem grossen Solarpark zu betreiben, um erste praktische Erfahrungen mit Second-Life-Speichern zu sammeln. Aus finanziellen Gründen liess sich dieses Vorhaben indes nicht realisieren. Gemeinsam mit der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPL) konnte das Projektteam aber einen redimensionierten Labordemonstrator fertigstellen, der aus zwei Batterien besteht. Er veranschaulicht das Grundprinzip der Anwendung sowie den eigens entwickelten Algorithmus. «Dieser steuert die Belastung der verschiedenen Batteriezellen anhand ihres Gesundheitszustands und der Temperatur», erklärt Nigsch. «So kann eine Überlastung der einzelnen Zellen vermieden und ihre Lebensdauer erhöht werden.»

Ansteuerung funktioniert

Aus der Umsetzung konnten wichtige Erkenntnisse gewonnen werden. Das Konzept funktioniert wie angedacht: Die Batterien liessen sich abhängig von ihrem Zustand einzeln ansteuern und gezielt betreiben. Der Algorithmus charakterisiert anhand von Strom- und Spannungsmessungen den Zustand der Batterie und passt die Belastung während des Einsatzes individuell an. Die Abschätzung des Leistungsvermögens der einzelnen Batterien liefert zudem wichtige Rückschlüsse darauf, wie lange eine Batterie respektive der gesamte Speicher zuverlässig betrieben werden kann. Wie es mit dem Projekt weitergeht, wird derzeit noch geprüft.

Batterien von Elektro-Rollern

Bereits auf dem Markt verfügbar sind die Second-Life-Batteriespeicher der Firma «Modual» aus Brunnen im Kanton Schwyz. Ursprünglich nutzte das Unternehmen ausgediente Batterien aus Elektro-Rollern der Schweizer Post, später kamen solche von E-Bussen im öffentlichen Verkehr sowie von elektrisch betriebenen Kommunalfahrzeugen dazu. 2026 gelang es Modual erstmals, die Batteriepacks aus E-Autos in effiziente stationäre Speicher zu transformieren, dich sich sowohl in Gebäuden als auch in Stromnetzen einsetzen lassen.

Bevor die angelieferten Batterien weiterverwendet werden können, prüft Modual ihre Funktionsfähigkeit. Dazu wird jede Batteriezelle einzeln getestet, validiert und qualifiziert. Wesentliche Parameter sind der «State of Health», die Spannung und die Kapazität. Anschliessend werden jene Zellen in Modulen zusammengefasst, welche bei den Tests das erforderliche Resultat – mindestens 85 Prozent der Originalkapazität – erbracht haben. Die Module wiederum lassen sich passgenau in die Gehäuse der Modual-Speicher integrieren. Abschliessend werden ein Batteriemanagementsystem und die erforderliche Leistungselektronik eingebaut.

Bereit für zweites Leben

Die wichtigste Komponente bei der Umnutzung von Batterien aus E-Fahrzeugen in stationäre Speicher ist das Batteriemanagementsystem. Modual hat selbst eine solche Software entwickelt, die speziell auf die Anforderungen von Second-Life-Batteriezellen ausgerichtet ist. Sie überwacht die Zellen permanent und sorgt so für einen effizienten und sicheren Betrieb sowie die Langlebigkeit des Speichers.

Modual bietet seine Speicher in unterschiedlichen Ausführungen und Grössen an. Sie eignen sich deshalb für verschiedene Anwendungen – vom Eigenheim über das Mehrfamilienhaus bis hin zum Gewerbebau. Modual gewährt eine Garantie von 10 Jahren auf seine Second-Life-Batterien, die Speicher dürften aber noch deutlich länger funktionstüchtig bleiben. Dadurch erreichen die Batteriezellen insgesamt eine Lebensdauer von 20 bis 25 Jahren, ehe sie rezykliert werden müssen. Die Ökobilanz fällt so deutlich besser aus, als wenn man sie auf den rund 10 Jahre dauernden Einsatz im E-Fahrzeug beschränken würde.