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Um zu verhindern, dass die Batterie eines Smartphones oder Elektrofahrzeugs kaputt geht oder sogar Feuer fängt, warnt ein Chip vor diesem so genannten «Davonlaufen». Diese Erfindung brint klare Vorteile gegenüber heutigen Überwachungssystemen und -schaltungen, die oft erst dann warnen, wenn die Batterie bereits überhitzt ist und Vorsichtsmassnahmen zu spät kommen.
Der von Professor Rachid Yazami vom Energy Research Institute entwickelte Chip ist klein genug, um fast in allen Batterieformaten der mobilen Geräte bis hin zu den Powerpacks in Elektrofahrzeugen und neuesten Flugzeugen integriert zu werden. Yazami ist ein Pionier der Batterieforschung und gewann 2014 den «Draper Prize for Engineering» der National Academy of Engineering in Washington und zwar als einer der drei Erfinder der Lithium-Ionen-Batterie. Die Auszeichnung betrifft seine Forschungsarbeiten in den 1980er Jahren, durch die diese Batterien sicher wieder aufgeladen werden konnten und damit ihre universelle Anwendung fanden.
Yazami nimmt das Risiko eines Batteriefehlers sehr ernst: «Obwohl die Wahrscheinlichkeit eines Batteriefehlers mit potenzieller Feuerentwicklung klein ist, bedeutet das bei einer Fehlerquote von 1:1 000 000, für jährlich Milliarden von neuen Batterien, über 1000 Ausfälle.» Yazami meldete mehr als 70 Patente an und schrieb über 200 Wissenschaftsbeiträge, Buchkapitel und Reports über Batterien.
Patentierter Algorithmus analysiert Gesundheit und Ladungsmenge
«Es handelt sich um ein ernstes Risiko, denn wenn zum Beispiel in einer fehlerhaften Batteriezelle ein chemisches Feuer startet, dann können Batteriepacks in Fahrzeugen oder Flugzeugen mit hoher Wahrscheinlichkeit explodieren», sagt Yazami.
Gewöhnliche Lithium-Ionen-Batterien haben Chips, die nur die Spannungs- und Temperaturmessungen anzeigen. Sie sind nicht in der Lage, Fehlersymptome zu entdecken und sie können auch nur die ungefähre Ladungsmenge der Batterie anzeigen. Im smarten Chip hingegen steckt ein geschützter Algorithmus, der von Yazami entwickelt wurde und auf elektrochemischen, thermodynamischen Messungen (ETM) beruht. So kann der patentierte Algorithmus sowohl den Gesundheitszustand als auch die Ladungsmenge durch eine drei-dimensionale Aufzeichnung analysieren.
Auf einem Monitor sieht die Aufzeichnung wie die Skiabfahrt von einem Berg aus. Yazami: «Die Skispur einer ganz neuen Batterie schaut anders aus als die einer verbrauchten oder defekten Batterie. Unsere Technologie zeigt auch den exakten Ladungszustand der Batterie, wodurch sich der Ladungsvorgang optimieren lässt.»
Die Entwicklung des smarten Chips dauerte mehr als fünf Jahre. Der Chip ist nunmehr reif für die Kommerzialisierung durch das von Yazami gegründete Startup KVI Pte Ltd. KVI wird derzeit von NTUs Kommerzialisierungsabteilung NTUitive betreut und entwickelt diesen Chip in verschiedenen Produktreihen, wie Batteriepacks, Ladungsmesser für Elektrofahrzeuge und smarte Chips für jede Batterie.
Das Startup erhielt von Yazami eine exklusive Lizenz für die ETM-Technologie, die auf seinen Forschungen an der NTU Singapore, am California Institute of Technology und am französischen National Centre for Scientific Research beruhen. Die Fachwelt erwartet, dass die Technologie in Form von Lizenzen von Chip- und Batterieherstellern noch vor Jahresende erhältlich sein wird.