Ein winziger Sensor, der entscheidend ist, um Wärmeverluste zu verhindern: „Bevor die Batterie versagt, zeigen sich die chemischen Veränderungen im Kühlschmieröl.“

05/09/2026 15:00

Auf den neuesten Stand gebracht am

05/09/2026 15:00

Der Verschleiß einer Lithiumbatterie kann bereits viel früher beginnen, als seine Auswirkungen sichtbar werden. Interne chemische Veränderungen erzeugen Signale, die letztendlich Spuren im Öl hinterlassen, das zur Kühlung des Systems verwendet wird.

Das Erkennen dieser frühen Anzeichen ist das Ziel von MicroSensOil, einem mikrofluidischen Gerät, das von Forschern des Technologischen Instituts von Monterrey entwickelt wurde und dazu dient, Ausfälle vorherzusagen, die zu Bränden oder Explosionen führen könnten.

Vor dem BMS – um dessen Einschränkungen zu umgehen

Der Bedarf an dieser Art von Technologie hängt mit dem zunehmenden Einsatz von Lithiumbatterien in Elektrofahrzeugen sowie in Energiespeichersystemen zusammen. Ihre allmähliche Degradation, das Altern ihrer Komponenten oder die Verunreinigung der Kühlmittel können zu internen Reaktionen führen, die mit herkömmlichen Systemen nur schwer erkannt werden können. In extremen Situationen können diese Reaktionen zu einem Wärmeverlust führen, der wiederum eine Überhitzungsreaktion auslöst, die schließlich Brände und Explosionen verursachen kann.

Das Projekt wird von David Ramírez Rios geleitet, einem Ingenieur für digitale Systeme und Robotik mit einem Master-Abschluss in Ingenieurwissenschaften, der derzeit im dritten Semester seines Doktorats am Tec studiert. Der technische Berater ist Javier Izquierdo Reyes, ein Ingenieur für Kommunikationstechnik und Elektronik mit einem Doktortitel in Wissenschaft und Ingenieurwesen vom Tec sowie einer Postdoktorandenausbildung am Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Der Vorschlag geht von einer Einschränkung herkömmlicher Batteriemanagementsysteme aus, die als BMS bekannt sind. Diese Plattformen steuern elektrische Parameter wie Spannung, Stromstärke und Temperatur, um das Verhalten der Batterien zu erfassen und ihren Gesundheitszustand einzuschätzen. Es handelt sich um grundlegende Werkzeuge, doch sie können einen Verschleiß erst dann erkennen, wenn der Schaden bereits weit fortgeschritten ist.

MicroSensOil sieht vor, das Problem aus einer anderen Perspektive zu betrachten: Anstatt abzuwarten, bis die Batterie ein anomales Verhalten zeigt, versucht das System, die chemischen Anzeichen zu erkennen, die bereits in den frühen Phasen ihres Alterns auftreten. Dazu analysiert der Mikrosensor kleine Mengen an Kühlschmieröl und versucht, Gase oder Verbindungen zu identifizieren, die mit den Zerfallsprozessen verbunden sind.

„Bevor eine Batterie offensichtlich versagt, treten interne chemische Veränderungen auf, die Spuren im Kühlschmieröl hinterlassen“, erklärt Dr. Javier Izquierdo Reyes, Professor und Forscher an der School of Engineering and Sciences des Technological Institute of Monterrey. Die Forschung ziele darauf ab, diese „physikochemische Spur“ des Alterns bereits vor dem Eintreten offensichtlicher Folgen zu erkennen, fügt er hinzu.

Ziel ist es, die reaktive Wartung in eine prädiktive umzuwandeln. Wenn Anzeichen für einen Verschleiß frühzeitig erkannt werden können, könnten die Systemverantwortlichen Maßnahmen ergreifen, wie beispielsweise die Betriebsbedingungen zu ändern oder bestimmte Komponenten auszutauschen, bevor ein schwerer Defekt auftritt.

Zur Entwicklung des Mikrosensors wenden die Forscher Techniken der Mikrofertigung und additiven Fertigung an. Dabei soll es gelingen, Elektroden, Kanäle und Analysesysteme in mikroskopischen Strukturen zu integrieren, um so die benötigte Menge an Proben erheblich zu reduzieren. Nach Abschluss der wissenschaftlichen Forschung und der experimentellen Validierung plant das Team, ein Prototyp herzustellen, das anschließend von Wissenschaftlern des Tec in spezialisierten Laboren des MIT hergestellt und getestet wird.

Auch wenn das erste Anwendungsgebiet die Elektromobilität ist, sind die geplanten Einsatzmöglichkeiten umfangreicher. Die Forscher erwägen, die Plattform dafür zu nutzen, die in Elektrotransformatoren verwendeten Dämmöle zu analysieren sowie Batterieparks und andere Industriessysteme zu überwachen, und sogar mögliche Anwendungen im medizinischen Bereich zu untersuchen. Ziel ist es, MicroSensOil zu einem Werkzeug für prädiktive Wartung in verschiedenen Branchen zu machen.

Die Technologie zielt auch auf einen geringeren Umweltaufwand ab. Indem sie die frühzeitige Erkennung von Problemen erleichtert und die Verwaltung von Energiespeichersystemen verbessert, soll das Projekt deren Lebensdauer verlängern, die Nutzung von Industrieflüssigkeiten optimieren und die Erzeugung gefährlicher Abfälle verringern.

Der Faktor, der die zukünftige Einführung von MicroSensOil bestimmen kann, ist sein wirtschaftliches Potenzial. Im Gegensatz zu herkömmlichen Laboranalysen, die Hunderte von Millilitern Öl sowie teure Ausrüstung erfordern können, zielt das Gerät darauf ab, schnelle Tests direkt am Ort der Batterie durchzuführen und die Analysekosten um das Zehnfache bis Hundertfache zu senken. Das Team sucht derzeit nach nationaler und internationaler Finanzierung, um die Entwicklung voranzutreiben und eine in Mexiko entwickelte Technologie in ein Werkzeug mit internationaler Anwendbarkeit zu verwandeln.