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Impact Assessment: Test Stand for Operando Battery Investigation
Berlin/ Germany09/01/2025
The Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) has developed a flexible test stand for battery tomography, providing real-time insights into battery performance. It integrates with synchrotron beamlines and is compatible with all major battery formats.
Die Hi-Acts Use Case Initiative (UCI) ist ein gezieltes Förderprogramm, das Spitzenforschung mit Teilchenbeschleunigern mit industrieller Innovation verbindet. Ziel ist es, messbaren technologischen, wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Nutzen zu schaffen, indem Beschleunigertechnologien schneller in praktische Anwendungen übertragen werden.
Das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) entwickelte einen flexiblen Teststand für Batterietomographie, um den dringenden Bedarf nach Echtzeiteinblicken in die Leistungsfähigkeit von Batterien zu decken – insbesondere im Zuge der europäischen Energiewende und der Elektromobilität. Tomographie ist ein 3D-Bildgebungsverfahren, das es ermöglicht, das Innere von Materialien zerstörungsfrei zu untersuchen. Der Teststand lässt sich in Synchrotron-Strahllinien integrieren – großskalige Beschleunigeranlagen, die extrem intensives Röntgenlicht erzeugen – und ist kompatibel mit allen gängigen Batterieformaten: Knopf-, Pouch-, prismatische und zylindrische Zellen.
Die Hardware, unterstützt durch Python-basierte Steuerungssoftware, wurde von TRL 5 auf TRL 9 weiterentwickelt. TRL („Technology Readiness Level“) ist ein internationaler Standard zur Bewertung technologischer Reife, wobei Stufe 5 für einen validierten Laboraufbau steht und Stufe 9 für ein praxiserprobtes System in realen Einsatzbedingungen. Der Teststand ermöglicht Operando-3D-Bildgebung, d. h. Batterien können während des Ladens und Entladens in Echtzeit untersucht werden. Das System steigert den Durchsatz um mehr als 300 % und verkürzt die Experimentierzeiten von mehreren Stunden auf nur etwa 20 Minuten. Da eine Synchrotron-Strahlzeit rund 10.000 € pro Tag kostet, bedeutet dies Einsparungen in Höhe von Zehntausenden Euro pro Experiment – und macht batteriefokussierte Synchrotronforschung für die Industrie deutlich zugänglicher.
Zu den ersten Anwendern zählen zwei große Automobilunternehmen (vertraulich), was das Potenzial zur Beschleunigung der Innovation in der EV-Batterieentwicklung unterstreicht. Darüber hinaus hat das Projekt internationale Kooperationen mit Einrichtungen in Großbritannien, Frankreich und Japan angestoßen und festigt so die Rolle des HZB als weltweit führend in der Operando-Batterieforschung.
Neben den technischen Durchbrüchen eröffnete das Projekt Wege zur Kommerzialisierung, darunter mögliche Verkäufe des Teststands (250.000–300.000 € pro Einheit), dazugehörige Dienstleistungen und sogar die Entwicklung eines KI-gestützten Large Language Models, das Forschende bei beschleunigerbasierter Batterieforschung unterstützen soll.
Durch die Stärkung der deutschen Kompetenzen in der Batterieforschung trägt dieses UCI-Projekt zur europäischen Batteriesouveränität bei und unterstützt direkt die Wettbewerbsfähigkeit des Automobilsektors im Zuge der Elektromobilität. Es zeigt, wie vergleichsweise kleine UCI-Förderungen strategische Fortschritte mit großem industriellen und gesellschaftlichen Nutzen hervorbringen können.
Die spezifischen Materialien zum Projekt finden Sie unten zum Download:
- Fallspezifischer Report (PDF)
- Fallspezifische Infografik (PDF)
- Verlinkung auf die entsprechende Hi-Acts-Webseite unter „Success Stories“