Batterie Mythen oder die Wahrheit über die Energiedichte!
Cập nhật
Immer wieder ist zu lesen, dass dem Batteriehersteller X eine Revolution gelungen ist und Lithium im Akku nun bald Geschichte ist.
Die Wahrheit dahinter ist, reine Propaganda und hat nichts mit der Zellchemie zu tun.
Um diesen Mythen und "angeblichen Sensation-News" mal zu relativieren, schreibe ich
mal diesen Beitrag, der dem einen oder anderen vielleicht hilft, solche Meldungen
schnell zu relativieren oder die Wahrheit dahinter zu erkennen.
Wie gelangt man zu einem Akku?
Ein Akku besteht Grundlegend aus Zellen, diese kann man sich als eine Handelsübliche
Batterie vorstellen, wie man sie in allen möglichen Geräten, wie zum Beispiel einer
Fernbedienung, vorfindet.
Diese einzelne Zelle wird nun mit anderen zusammen zu einem Modul zusammengepackt.
Mehrere Module werden dann zu einem Akku zusammengefasst.
Schaubild VW : ecomento.de/wp-content/uploads/2019/12/VW-MEB-Batteriesystem.jpg
Die Zellen selbst sind nach ihrer jeweiligen Bauform zu unterscheiden :
Zylindrische ( bekannte Formate = 18*65 ( 18650 ) - 21*70 ( 21700 )) / Durchmesser mal Höhe
Prismatische ( bekannte Formate = PHEV2 ( 91 x 148 x 26,5 ) - BEV2 ( 115 x 173 x 45 )) / Länge x Breite x Dicke
Pouch ( Formate 162 x 330 x 7 ) / Länge x Breite x Dicke
Im Moment geht der Trend dahin das Modul zu Überspringen und direkt zum Akku zu gelangen
um dadurch Kosten zu sparen, die vor allem im Bereich der zugehörigen Modul-Elektronik
anfallen. Hierzu gehört das Thermo-Management, der Überladungsschutz und ähnliche
Schaltgruppen, die in jedem Modul verbaut sein mussten. Kommt man nun direkt zum Akku
spart man viele dieser Steuerungs- und Überwachungs-Elektronik ein und kann damit die Kosten senken.
Die Problematik der Bauform und der Module :
Je nach Bauform ergeben sich Probleme auf Modul-Ebene. Wenn man eine Menge an Zylindern
in einer Quadratischen-Form unterbringt, verbleiben zwischen den Zylindern immer ein Freiraum.
Verpackt man nun Primatische-Zellen im quadratischen Modul, kann man aufgrund des weg fallen
des Freiraumes mehr Zellen darin unterbringen. Ähnlich sieht es bei den Pouch-Zellen aus.
Dadurch dass ich nun mehr in den selben Raum packen kann, entsteht mehr Leistung die aus dem Modul
entnehmen kann. Diesen Umstand geben dann die Hersteller der Akkus als das vermeintliche Wunder
der höheren Energiedichte an.
Zylindrische- oder Primatische-Zellen haben aber einen großen Nachteil auf Modul-Ebene.
Zwar lassen sich die äußeren Zellen im Modul gut kühlen, doch an die im Zentrum liegenden
Zellen gelangt man nur schwer, um diese zu Kühlen. Bei Prismatischer und Zylindrischer Bauform
ist dieses Problem vorhanden, weshalb man aufwendige Kühlsysteme entwickeln musste um ein Thermisches-
Durchgehen der Module zu verhindern. Umgekehrt ergeben sich im Winter Probleme das Akku vorzuwärmen,
da hier die äußeren Zellen schnell erwärmt werden, jedoch die inneren Zellen im Modul nur langsam erwärmt werden.
Das Pouch-Zellen-Format hat hier klare Vorteile in beiden Fällen.
Ausführlich Nachzulesen unter : batterien.fraunhofer.de/content/dam/batterien/de/documents/Allianz_Batterie_Zellformate_Studie.pdf
Das neue Format :
Die neuste Bauform ist das Blade, im Grunde eine lange recht schmale und dünne Bauform, deren Vorteil
darin besteht, das wesentliche Teile der Elektronik wegfallen, somit die Kosten sinken und die Kühlung und
Vorwärmung deutlich vereinfacht werden.
Schaubild BYD : electrive.net/wp-content/uploads/2020/11/byd-blade-battery-batterie-batteriezellen-battery-cells-2020-01-min.png
Auf Grund der besseren Kühlung- oder Vorwärmung ergeben sich auch höhere Ladeströme und eine verbesserte
Zyklen-Anzahl was die Lebensdauer betrifft. ( BYD gibt hier 3000 Zyklen an )
Die Zellchemie :
Je nachdem welche Materialien in einer Zelle zum Einsatz kommen ergibt sich die Energiedichte.
Beim reinen Lithium-Ionen-Akku beginnt die Spannweite bei 180 Wh/kg und geht beim Einsatz von
Lithiumkobaltnickel Elektroden bis auf 240 Wh/kg.
Die nun durch die Presse gejagte Natrium-Batterie von BYD kommt auf einen Wert von 160 Wh/kg.
Jedoch ist diese Batterie eine "Mogelpackung" denn, allein mit Natrium sind diese Werte nicht zu erreichen.
BYD mixt die Rohstoffe bzw. die Zellen, so enthält diese "Natrium-Batterie" immer noch Lithium-Ionen-Zellen.
Im Mittel erzielt somit die Batterie ihre 160 Wh/kg.
Wirft man einen Blick in die Zukunft, was möglicherweise mal an Zellchemie den Weg in die Batterie schaffen wird,
so findet man vor allem Lithium in all seinen Formen. Mal mit Schwefelkombiniert - mal als Lithiummetall-Batterie
die beide sehr hohe Energiedichten versprechen. Die Lithiummetall Batterie kommt dabei auf 560 Wh/kg und bei
der Lithium-Schwefel-Batterie kommt man auf "Theoretische" 2,6 kWh/kg.
Das Lithium selbst :
Auch hier gibt es viele Mythen die ihre Runde machen und unter den Begrifflichkeiten des Lithium unterwegs sind.
Zum einen haben wir es mit Lithiumhydroxid und zum anderen mit Lithiumkarbonat zu tun.
Viele Anleger sehen das Lithiumhydroxid als das non plus Ultra an, wenn es um ihre Rendite geht.
Es werden Konverter gefordert damit die Gewinne der Unternehmen steigen und somit die Kurse des jeweiligen
Unternehmens bzw. die Rendite der Anleger.
Wo wird denn nun Lithiumhydroxid und wo Lithiumkarbonat eingesetzt?
Das mit Lithiumcarbonat hergestellte Nickel-Mangan-Kobalt-Kathodenmaterial (NMC) hat eine spezifische Entladekapazität von 165 mAh/g
mit einer Kapazitätserhaltungsrate von 86% beim 400. Zyklus, während mit Lithiumhydroxid hergestellte Batteriematerialien eine spezifische Entladung aufweisen Kapazität von 171 mAh/g,
mit einer Kapazitätserhaltungsrate von 91% hoch beim 400. Zyklus.
Wenn die Zykluslebensdauer zunimmt, ist die gesamte Lebensdauerkurve glatter und die Lade- und Entladeleistung ist bei dem aus Lithiumhydroxid
verarbeiteten Material stabiler als bei dem aus Lithiumcarbonat verarbeiteten.
Darüber hinaus weist letzteres nach etwa 350 Zyklen einen schnellen Kapazitätsverlust auf.
Hersteller von Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid-Batterien (NCA) wie Panasonic, Tesla und LG Chem verwenden seit langem Lithiumhydroxid als Lithiumquelle.
Das Sintern ist ein sehr wichtiger Schritt bei der Herstellung von NMC/NCA-Kathodenmaterialien.
Die Sintertemperatur hat einen erheblichen Einfluss auf Kapazität, Effizienz und Zyklenleistung des Materials und hat auch einen gewissen Einfluss
auf Lithiumsalzrückstände und den pH-Wert des Materials.
Untersuchungen haben gezeigt, dass bei Verwendung von Lithiumhydroxid als Lithiumquelle eine niedrige Sintertemperatur ausreicht,
um Materialien mit hervorragender elektrochemischer Leistung zu erhalten; während bei Verwendung von Lithiumcarbonat die Sintertemperatur 900+℃ betragen muss,
um Materialien mit stabiler elektrochemischer Leistung zu erhalten.
Es sieht so aus, als ob Lithiumhydroxid als Lithiumquelle besser ist als Lithiumcarbonat.
Tatsächlich wird Lithiumcarbonat auch häufig bei der Herstellung von NMC-Kathodenmaterialien (NMC111, NMC442, NMC532, NMC622) und LFP-Batterien verwendet.
Wieso? Die Lithiumreinheit von Lithiumhydroxid schwankt stärker als die von Lithiumcarbonat, und Lithiumhydroxid ist korrosiver als Lithiumcarbonat.
Daher neigen viele Hersteller dazu, Lithiumcarbonat für die Herstellung von NMC-Kathodenmaterialien und LFP-Batterien zu verwenden.
Gewöhnliche NMC-Kathodenmaterialien und LFP-Batterien verwenden in der Regel Lithiumcarbonat, während Ni-reiche NMC811- und NCA-Kathodenmaterialien Lithiumhydroxid bevorzugen.
Link : poworks.com/de/welche-ist-besser-fur-nmc-nca-und-lfp-batterie-lithiumcarbonat-oder-lithiumhydroxid
Zusammenfassend kann man nun sagen, dass ganz gleich welches Lithium nun vom Produzenten geliefert wird, ist in beiden Fällen
kein wesentlicher Vorteil vorhanden, wenn es um die Rendite geht. Lithiumhydroxid wird im Grund in allen "Long-Range" Varianten von Tesla
verwendet, wohingegen in den "Normal-Akkus" Lithiumkarbonat verwendet wird. Hier findet des Ausgleich über die Verkaufte Menge statt.
Mehr Normal-Akkus = gleich höherer Absatz an Lithiumkarbonat.
Die nahe Zukunft :
Ganz gleich welchen Hersteller man befragt, die Richtung scheint festzustehen, was die nächste Batterie sein wird.
Die Feststoffbatterie ist der nächste Schritt der bei den EV's Einzug halten wird. Diese Unterscheidet sich nur in zwei
wesentlichen Bereich von den anderen Akkus, durch das Fehlen der Separator-Schicht und dem Ersatz vom bisherigen
flüssigem Elektrolyt hin zu einem festen Elektrolyt. Dadurch sollen Reichweiten von 800km - 1000km der Regelfall werden und dies
würde heutigen Diesel- oder Benzinangetriebenen PKW entsprechen. Hinzu gesellt sich dann noch, dass diese Akkus wesentlich schneller
zu laden sind, da sie auf thermischer Basis nicht so empfindlich sind wie heutige Akkus.
Laut einigen Herstellern ist mit einer ersten Serienfertigung schon ab 2025 zu rechnen, andere Sprechen von diesem Jahrzehnt.
Deutlich wird dabei das keiner der Batteriehersteller oder EV-Produzenten ein abwenden vom Lithium sieht, da stimmen die
Materialforscher zu denn, für die Energiedichte beim Lithium gibt es derzeit keinerlei Ersatz.
Rein sachlich gesehen kann sogar jedes Werk das bisher mit flüssigen Elektrolyten gearbeitet hat, Feststoffbatterien fertigen.
Hierbei gilt es lediglich die Produktionsprozesse zu optimieren um die Notwendigen und zulässigen dicken der jeweiligen
Materialschichten einzuhalten.
Die Kostenbremse bei der EV-Marktdurchdringung :
Ein Vollelektrisches Automobil ist im Moment alles andere als günstig. Selbst wenn Hersteller auf ihren
Seiten mit geringen - entsprechend den bisherigen Mittelklasse o. Obere-Mittelklasse preisen werben -
so relativieren sich diese Angaben sehr schnell, wenn es um die mögliche Akkugröße bzw. deren Reichweite geht.
Da kommen im Paket mal schnell 15%-25% des Kaufpreises hinzu.
Im Moment wird viel über den hohen Lithiumpreis ( Karbonat und Hydroxid ) geredet und dieser als Bremse angesehen
wodurch die EV-Absatzzahlen stark eingeschränkt würden. Ist das der einzige und wahre Grund?
Ein Verbrennungsmotor inklusive Getriebe benötigt etwa 1.400 Bauteile, die allesamt gefertigt werden müssen oder
von Drittanbietern eingekauft werden. Beide Fälle sind aufwendig und teuer, vor allem wenn man die Energiekosten,
Personalkosten, Transport und Rohstoffe mit einrechnet. Ein EV braucht aber nur etwa 200 Baugruppen, also rund 700%
weniger Bauteile. Zur Zeit gehen die Preise, sofern man sie erfährt denn viele Hersteller halten sich da mehr als bedeckt,
von 6.000€ - 30.000€ für ein Austausch-Akku, je nach Modell und Hersteller. Die meisten Hersteller geben jedoch eine
Garantie die sowohl Zeitlich wie auch Kilometer begrenzt ist. Einige von Ihnen sagen; "Bisher hat noch keines unserer
Akkus innerhalb der Garantie versagt oder ist unter die garantierte 70% Kapazitätsgrenze gefallen."
Hier sind noch ganz andere Faktoren am Werk als die reinen Rohstoffpreise! Zum einen wollen die Hersteller schnellst möglich
ihre Investitionen amortisieren und zum anderen sind die Batteriefertigung immer noch eine Kleinserienfertigung.
Diese beiden Faktoren halten die Preise so hoch. Klar stellst der Mangel an Rohstoffen einen Kostenfaktor da, jedoch wird dieser
sich Normalisieren und der Mangel an Rohstoffen ist mitbestimmt durch die lange Weigerung, den Wandel zu akzeptieren und in
diesen Frühzeitig zu investieren. Dennoch fahren all die Elektrofahrzeug-Hersteller satte Gewinne ein und Investitionen müssen
nicht nur diese Abschreiben, sondern, auch all die Lithiumproduzenten und Batteriehersteller. All diese Kosten fließen
im Moment in die Verkaufspreise für die EV ein.
Wie auch schon in den Jahrzehnten vorher, holt man sich dieses Geld bei den Gutbetuchten oder der Oberschicht denn,
die jetzt gefertigten EV sind nur selten für den kleinen Geldbeutel gedacht. So war es schon immer, wenn es um die Einführung
neuer Technologien in Fahrzeugen ging. Bei Mercedes war immer die S-Klasse der Technologieträger, die sich dann später auch in
den unteren Klassen wiederfand.
Fazit :
Wer wieder mal von einer Wunderbatterie lesen sollte, die mit enormen Energiedichten daher kommt, möge an diesen Beitrag denken
und die vom Hersteller gelieferten Zahlen sehr kritisch sehen. Wer Lithiumabschreiben will oder seinen Untergang vorhersieht, der sollte
sich mal intensive mit der Thematik befassen, denn, wie schon oben erwähnt, werden selbst die Zukünftigen Akkus nicht ohne Lithium auskommen.
So lange also keiner aus dem Star Trek Universum hier vorbei schaut und Transparentes-Aluminium oder den Materie-Antimaterie-Reaktor anbietet,
so lange besteht für den Absatz von Lithium keine Gefahr.
Die Wahrheit dahinter ist, reine Propaganda und hat nichts mit der Zellchemie zu tun.
Um diesen Mythen und "angeblichen Sensation-News" mal zu relativieren, schreibe ich
mal diesen Beitrag, der dem einen oder anderen vielleicht hilft, solche Meldungen
schnell zu relativieren oder die Wahrheit dahinter zu erkennen.
Wie gelangt man zu einem Akku?
Ein Akku besteht Grundlegend aus Zellen, diese kann man sich als eine Handelsübliche
Batterie vorstellen, wie man sie in allen möglichen Geräten, wie zum Beispiel einer
Fernbedienung, vorfindet.
Diese einzelne Zelle wird nun mit anderen zusammen zu einem Modul zusammengepackt.
Mehrere Module werden dann zu einem Akku zusammengefasst.
Schaubild VW : ecomento.de/wp-content/uploads/2019/12/VW-MEB-Batteriesystem.jpg
Die Zellen selbst sind nach ihrer jeweiligen Bauform zu unterscheiden :
Zylindrische ( bekannte Formate = 18*65 ( 18650 ) - 21*70 ( 21700 )) / Durchmesser mal Höhe
Prismatische ( bekannte Formate = PHEV2 ( 91 x 148 x 26,5 ) - BEV2 ( 115 x 173 x 45 )) / Länge x Breite x Dicke
Pouch ( Formate 162 x 330 x 7 ) / Länge x Breite x Dicke
Im Moment geht der Trend dahin das Modul zu Überspringen und direkt zum Akku zu gelangen
um dadurch Kosten zu sparen, die vor allem im Bereich der zugehörigen Modul-Elektronik
anfallen. Hierzu gehört das Thermo-Management, der Überladungsschutz und ähnliche
Schaltgruppen, die in jedem Modul verbaut sein mussten. Kommt man nun direkt zum Akku
spart man viele dieser Steuerungs- und Überwachungs-Elektronik ein und kann damit die Kosten senken.
Die Problematik der Bauform und der Module :
Je nach Bauform ergeben sich Probleme auf Modul-Ebene. Wenn man eine Menge an Zylindern
in einer Quadratischen-Form unterbringt, verbleiben zwischen den Zylindern immer ein Freiraum.
Verpackt man nun Primatische-Zellen im quadratischen Modul, kann man aufgrund des weg fallen
des Freiraumes mehr Zellen darin unterbringen. Ähnlich sieht es bei den Pouch-Zellen aus.
Dadurch dass ich nun mehr in den selben Raum packen kann, entsteht mehr Leistung die aus dem Modul
entnehmen kann. Diesen Umstand geben dann die Hersteller der Akkus als das vermeintliche Wunder
der höheren Energiedichte an.
Zylindrische- oder Primatische-Zellen haben aber einen großen Nachteil auf Modul-Ebene.
Zwar lassen sich die äußeren Zellen im Modul gut kühlen, doch an die im Zentrum liegenden
Zellen gelangt man nur schwer, um diese zu Kühlen. Bei Prismatischer und Zylindrischer Bauform
ist dieses Problem vorhanden, weshalb man aufwendige Kühlsysteme entwickeln musste um ein Thermisches-
Durchgehen der Module zu verhindern. Umgekehrt ergeben sich im Winter Probleme das Akku vorzuwärmen,
da hier die äußeren Zellen schnell erwärmt werden, jedoch die inneren Zellen im Modul nur langsam erwärmt werden.
Das Pouch-Zellen-Format hat hier klare Vorteile in beiden Fällen.
Ausführlich Nachzulesen unter : batterien.fraunhofer.de/content/dam/batterien/de/documents/Allianz_Batterie_Zellformate_Studie.pdf
Das neue Format :
Die neuste Bauform ist das Blade, im Grunde eine lange recht schmale und dünne Bauform, deren Vorteil
darin besteht, das wesentliche Teile der Elektronik wegfallen, somit die Kosten sinken und die Kühlung und
Vorwärmung deutlich vereinfacht werden.
Schaubild BYD : electrive.net/wp-content/uploads/2020/11/byd-blade-battery-batterie-batteriezellen-battery-cells-2020-01-min.png
Auf Grund der besseren Kühlung- oder Vorwärmung ergeben sich auch höhere Ladeströme und eine verbesserte
Zyklen-Anzahl was die Lebensdauer betrifft. ( BYD gibt hier 3000 Zyklen an )
Die Zellchemie :
Je nachdem welche Materialien in einer Zelle zum Einsatz kommen ergibt sich die Energiedichte.
Beim reinen Lithium-Ionen-Akku beginnt die Spannweite bei 180 Wh/kg und geht beim Einsatz von
Lithiumkobaltnickel Elektroden bis auf 240 Wh/kg.
Die nun durch die Presse gejagte Natrium-Batterie von BYD kommt auf einen Wert von 160 Wh/kg.
Jedoch ist diese Batterie eine "Mogelpackung" denn, allein mit Natrium sind diese Werte nicht zu erreichen.
BYD mixt die Rohstoffe bzw. die Zellen, so enthält diese "Natrium-Batterie" immer noch Lithium-Ionen-Zellen.
Im Mittel erzielt somit die Batterie ihre 160 Wh/kg.
Wirft man einen Blick in die Zukunft, was möglicherweise mal an Zellchemie den Weg in die Batterie schaffen wird,
so findet man vor allem Lithium in all seinen Formen. Mal mit Schwefelkombiniert - mal als Lithiummetall-Batterie
die beide sehr hohe Energiedichten versprechen. Die Lithiummetall Batterie kommt dabei auf 560 Wh/kg und bei
der Lithium-Schwefel-Batterie kommt man auf "Theoretische" 2,6 kWh/kg.
Das Lithium selbst :
Auch hier gibt es viele Mythen die ihre Runde machen und unter den Begrifflichkeiten des Lithium unterwegs sind.
Zum einen haben wir es mit Lithiumhydroxid und zum anderen mit Lithiumkarbonat zu tun.
Viele Anleger sehen das Lithiumhydroxid als das non plus Ultra an, wenn es um ihre Rendite geht.
Es werden Konverter gefordert damit die Gewinne der Unternehmen steigen und somit die Kurse des jeweiligen
Unternehmens bzw. die Rendite der Anleger.
Wo wird denn nun Lithiumhydroxid und wo Lithiumkarbonat eingesetzt?
Das mit Lithiumcarbonat hergestellte Nickel-Mangan-Kobalt-Kathodenmaterial (NMC) hat eine spezifische Entladekapazität von 165 mAh/g
mit einer Kapazitätserhaltungsrate von 86% beim 400. Zyklus, während mit Lithiumhydroxid hergestellte Batteriematerialien eine spezifische Entladung aufweisen Kapazität von 171 mAh/g,
mit einer Kapazitätserhaltungsrate von 91% hoch beim 400. Zyklus.
Wenn die Zykluslebensdauer zunimmt, ist die gesamte Lebensdauerkurve glatter und die Lade- und Entladeleistung ist bei dem aus Lithiumhydroxid
verarbeiteten Material stabiler als bei dem aus Lithiumcarbonat verarbeiteten.
Darüber hinaus weist letzteres nach etwa 350 Zyklen einen schnellen Kapazitätsverlust auf.
Hersteller von Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid-Batterien (NCA) wie Panasonic, Tesla und LG Chem verwenden seit langem Lithiumhydroxid als Lithiumquelle.
Das Sintern ist ein sehr wichtiger Schritt bei der Herstellung von NMC/NCA-Kathodenmaterialien.
Die Sintertemperatur hat einen erheblichen Einfluss auf Kapazität, Effizienz und Zyklenleistung des Materials und hat auch einen gewissen Einfluss
auf Lithiumsalzrückstände und den pH-Wert des Materials.
Untersuchungen haben gezeigt, dass bei Verwendung von Lithiumhydroxid als Lithiumquelle eine niedrige Sintertemperatur ausreicht,
um Materialien mit hervorragender elektrochemischer Leistung zu erhalten; während bei Verwendung von Lithiumcarbonat die Sintertemperatur 900+℃ betragen muss,
um Materialien mit stabiler elektrochemischer Leistung zu erhalten.
Es sieht so aus, als ob Lithiumhydroxid als Lithiumquelle besser ist als Lithiumcarbonat.
Tatsächlich wird Lithiumcarbonat auch häufig bei der Herstellung von NMC-Kathodenmaterialien (NMC111, NMC442, NMC532, NMC622) und LFP-Batterien verwendet.
Wieso? Die Lithiumreinheit von Lithiumhydroxid schwankt stärker als die von Lithiumcarbonat, und Lithiumhydroxid ist korrosiver als Lithiumcarbonat.
Daher neigen viele Hersteller dazu, Lithiumcarbonat für die Herstellung von NMC-Kathodenmaterialien und LFP-Batterien zu verwenden.
Gewöhnliche NMC-Kathodenmaterialien und LFP-Batterien verwenden in der Regel Lithiumcarbonat, während Ni-reiche NMC811- und NCA-Kathodenmaterialien Lithiumhydroxid bevorzugen.
Link : poworks.com/de/welche-ist-besser-fur-nmc-nca-und-lfp-batterie-lithiumcarbonat-oder-lithiumhydroxid
Zusammenfassend kann man nun sagen, dass ganz gleich welches Lithium nun vom Produzenten geliefert wird, ist in beiden Fällen
kein wesentlicher Vorteil vorhanden, wenn es um die Rendite geht. Lithiumhydroxid wird im Grund in allen "Long-Range" Varianten von Tesla
verwendet, wohingegen in den "Normal-Akkus" Lithiumkarbonat verwendet wird. Hier findet des Ausgleich über die Verkaufte Menge statt.
Mehr Normal-Akkus = gleich höherer Absatz an Lithiumkarbonat.
Die nahe Zukunft :
Ganz gleich welchen Hersteller man befragt, die Richtung scheint festzustehen, was die nächste Batterie sein wird.
Die Feststoffbatterie ist der nächste Schritt der bei den EV's Einzug halten wird. Diese Unterscheidet sich nur in zwei
wesentlichen Bereich von den anderen Akkus, durch das Fehlen der Separator-Schicht und dem Ersatz vom bisherigen
flüssigem Elektrolyt hin zu einem festen Elektrolyt. Dadurch sollen Reichweiten von 800km - 1000km der Regelfall werden und dies
würde heutigen Diesel- oder Benzinangetriebenen PKW entsprechen. Hinzu gesellt sich dann noch, dass diese Akkus wesentlich schneller
zu laden sind, da sie auf thermischer Basis nicht so empfindlich sind wie heutige Akkus.
Laut einigen Herstellern ist mit einer ersten Serienfertigung schon ab 2025 zu rechnen, andere Sprechen von diesem Jahrzehnt.
Deutlich wird dabei das keiner der Batteriehersteller oder EV-Produzenten ein abwenden vom Lithium sieht, da stimmen die
Materialforscher zu denn, für die Energiedichte beim Lithium gibt es derzeit keinerlei Ersatz.
Rein sachlich gesehen kann sogar jedes Werk das bisher mit flüssigen Elektrolyten gearbeitet hat, Feststoffbatterien fertigen.
Hierbei gilt es lediglich die Produktionsprozesse zu optimieren um die Notwendigen und zulässigen dicken der jeweiligen
Materialschichten einzuhalten.
Die Kostenbremse bei der EV-Marktdurchdringung :
Ein Vollelektrisches Automobil ist im Moment alles andere als günstig. Selbst wenn Hersteller auf ihren
Seiten mit geringen - entsprechend den bisherigen Mittelklasse o. Obere-Mittelklasse preisen werben -
so relativieren sich diese Angaben sehr schnell, wenn es um die mögliche Akkugröße bzw. deren Reichweite geht.
Da kommen im Paket mal schnell 15%-25% des Kaufpreises hinzu.
Im Moment wird viel über den hohen Lithiumpreis ( Karbonat und Hydroxid ) geredet und dieser als Bremse angesehen
wodurch die EV-Absatzzahlen stark eingeschränkt würden. Ist das der einzige und wahre Grund?
Ein Verbrennungsmotor inklusive Getriebe benötigt etwa 1.400 Bauteile, die allesamt gefertigt werden müssen oder
von Drittanbietern eingekauft werden. Beide Fälle sind aufwendig und teuer, vor allem wenn man die Energiekosten,
Personalkosten, Transport und Rohstoffe mit einrechnet. Ein EV braucht aber nur etwa 200 Baugruppen, also rund 700%
weniger Bauteile. Zur Zeit gehen die Preise, sofern man sie erfährt denn viele Hersteller halten sich da mehr als bedeckt,
von 6.000€ - 30.000€ für ein Austausch-Akku, je nach Modell und Hersteller. Die meisten Hersteller geben jedoch eine
Garantie die sowohl Zeitlich wie auch Kilometer begrenzt ist. Einige von Ihnen sagen; "Bisher hat noch keines unserer
Akkus innerhalb der Garantie versagt oder ist unter die garantierte 70% Kapazitätsgrenze gefallen."
Hier sind noch ganz andere Faktoren am Werk als die reinen Rohstoffpreise! Zum einen wollen die Hersteller schnellst möglich
ihre Investitionen amortisieren und zum anderen sind die Batteriefertigung immer noch eine Kleinserienfertigung.
Diese beiden Faktoren halten die Preise so hoch. Klar stellst der Mangel an Rohstoffen einen Kostenfaktor da, jedoch wird dieser
sich Normalisieren und der Mangel an Rohstoffen ist mitbestimmt durch die lange Weigerung, den Wandel zu akzeptieren und in
diesen Frühzeitig zu investieren. Dennoch fahren all die Elektrofahrzeug-Hersteller satte Gewinne ein und Investitionen müssen
nicht nur diese Abschreiben, sondern, auch all die Lithiumproduzenten und Batteriehersteller. All diese Kosten fließen
im Moment in die Verkaufspreise für die EV ein.
Wie auch schon in den Jahrzehnten vorher, holt man sich dieses Geld bei den Gutbetuchten oder der Oberschicht denn,
die jetzt gefertigten EV sind nur selten für den kleinen Geldbeutel gedacht. So war es schon immer, wenn es um die Einführung
neuer Technologien in Fahrzeugen ging. Bei Mercedes war immer die S-Klasse der Technologieträger, die sich dann später auch in
den unteren Klassen wiederfand.
Fazit :
Wer wieder mal von einer Wunderbatterie lesen sollte, die mit enormen Energiedichten daher kommt, möge an diesen Beitrag denken
und die vom Hersteller gelieferten Zahlen sehr kritisch sehen. Wer Lithiumabschreiben will oder seinen Untergang vorhersieht, der sollte
sich mal intensive mit der Thematik befassen, denn, wie schon oben erwähnt, werden selbst die Zukünftigen Akkus nicht ohne Lithium auskommen.
So lange also keiner aus dem Star Trek Universum hier vorbei schaut und Transparentes-Aluminium oder den Materie-Antimaterie-Reaktor anbietet,
so lange besteht für den Absatz von Lithium keine Gefahr.
Ghi chú
Was im Moment für viele noch gegen die Anschaffung eines EV spricht :Wer im Jahr nicht mehr als 15.000km fährt und auf öffentliche Ladesäulen angewiesen ist, kann beim EV maximal 750€ pro Jahr sparen.
Berechnungsgrundlage ist hierbei ein Durchschnittsverbrauch von 20 kWh pro 100 km und einem AC-Strompreis von 38 Cent pro kWh - bzw. DC 48 Cent pro kWh.
Als Vergleich dazu wurden Benzin PKW mit 7 Liter Verbrauch und Diesel mit 6 Liter berechnet.
Somit ergibt sich eine Amortisierung von 20 Jahren wenn ein EV 15.000 € mehr kostet als ein Auto mit Verbrennungsmotor.
Beispiel :
Kia EV6 170 PS kleinste Batterie ( 58 kWh ) = 46.990 €
Kia Ceed 160 PS 1.5l T-GDI = 34.790 €
Preise sind inkl. 19% Mwst.
Ghi chú
Nachtrag :Das Überspringen der Module hat aber auch einen Nebeneffekt, der dem Kunde teuer zu stehen kommen kann. Im Falle eines Schadens der Batterie, kann nun nicht mehr das defekte Modul getauscht oder repariert werden sondern, es wird die komplette
Batterie getauscht werden müssen. So ist der Stand aktuell. Dies hat auch Auswirkungen auf die Möglichkeit, die Batterie einem Second-Live Zyklus zuzuführen oder beim Recycling, welches dadurch erheblich erschwert wird.
Bei dem Zell-Type Blade sieht das wieder besser aus.
Ghi chú
BMW - bestätigt meine Recherche :Bei BMW sieht man die jetzige Generation der Batterietechnologie als Ausgereizt an und verspricht sich nur noch wenig Entwicklungspotential. Ford und BMW sind ebenfalls auf dem Weg, mit ihrem Partner Solid Power mit Sitz in Colorado, zur Feststoffbatterie, die nach ihrer Meinung das nächste große Ding wird. Er glaubt jedoch, dass Lithium-Ionen-Batterien noch viele Jahre lang der Industriestandard bleiben werden. Durch die Zugabe von Silizium werde man Reichweiten von 620 Meilen ( 997 km ) und 30% schnellere Ladezeiten erreichen.
Viele andere Autohersteller arbeiten ebenfalls an dieser Technologie, darunter General Motors, Honda, Volkswagen, Hyundai und Toyota.
Festkörperbatterien sind eine lang versprochene, aber lange verzögerte Technologie, die eine deutlich höhere Energiedichte in ein kleineres Gehäuse bringen könnte als Lithium-Ionen-Batterien, was bedeutet, dass Autos möglicherweise mit weniger Gewicht und weniger Batterie-Fußabdruck gebaut werden könnten, der Platz im Chassis oder in der Batterie beansprucht.
Festkörperbatterien verwenden auch Lithiummetall an der Anode anstelle von schwererem Kohlenstoffgraphit.
"Sagen wir 10 Jahre, grob gesagt, es sind alles Festkörperbatterien", sagte Erhard. "Aber heutzutage, sagen wir innerhalb der nächsten drei bis fünf bis acht Jahre, werden wir auf die Lithium-Ionen-Batterietechnologie setzen. Und dann, sagen wir ab 2030, wird es aus unserer Sicht eine funktionsfähige Festkörperbatterie geben."
Link : insideevs.com/news/625111/bmw-lithium-ion-peak-solid-state/
Schön zusehen, dass man mit der eigenen Recherche richtig liegt.😎
Ghi chú
Update : Diese Hersteller arbeiten zusammenAber es geht voran bei der neuen Super-Batterie. Mercedes-Benz vermeldet, dass die ersten gemeinsam mit der taiwanesischen Firma ProLogium entwickelten Feststoffbatterien in ausgewählten Serienmodellen innerhalb der zweiten Hälfte des Jahrzehnts zum Einsatz kommen könnten. Volkswagen arbeitet mit dem US-Unternehmen QuantumScape zusammen, an dem die Wolfsburger die Mehrheit der Anteile halten. Das Start-up gilt als einer der hoffnungsvollsten Anwärter auf die Rolle als Feststoff-Pionier.
Ford und BMW haben sich mit dem Feststoffbatterie-Spezialisten Solid Power zusammengetan. Die US-Firma will noch in diesem Jahr erste Zellen an die beiden Automobilhersteller liefern, allerdings zunächst nur für Qualifizierungstests. Die Serienproduktion der Zellen ist für das Jahr 2026 angepeilt. Auch technische Details zum Akku wurden schon bekannt gegeben. So soll die Energiedichte mit einer Silizium-Anode auf 390 Wh pro Kilogramm kommen.
Werde statt der Silizium-Anode eine Lithium-Metall-Anode verbaut, komme die Zelle sogar auf 440 Wh pro Kilo. Zum Vergleich: Die in Europa agierende und mit Volkswagen kooperierende Firma Northvolt will 2025 Lithium-Metall-Akkus mit konventionell flüssigem Elektrolyt und einer Energiedichte von immerhin 369 Wattstunden pro Kilo auf den Markt bringen.
Ghi chú
Woran Forscht man gerade bei den Lithium-Ionen-Akkus?Bis wir mit der Feststoffbatterie rechnen können, was je nach Hersteller Informationen die mir Vorliegen zwischen 2025 und 2030 der Fall sein soll,
beschäftigt man sich in der Zwischenzeit mit der Verfeinerung der chemischen Zusammensetzung und damit um die Verbesserung einiger Eigenschaften des Akku.
Hierbei geht es vor allem um die Schnellladefähigkeit, Sicherheit und um die Kosten bei der Herstellung. Vor allem im Bereich des Schnellladen gibt es immer
wieder Rekordmeldungen, die auf der bestehenden oder leicht abgeänderten Chemie der Zelle beruht. Ein Israelisches Start-Up meldet so zum Beispiel, 160 km in 5 Minuten geladen haben, dies vermeldet das israelische Start-up StoreDot das Erreichen eines Meilensteins. Nachdem der Prototyp eines Akkus aus rund 40 Prozent Silizium im März 2022 bereits erfolgreich 1200 Ladezyklen bewältigt hat, hat die fertige Version des Akkus nun einen Test über 1000 Ladezyklen absolviert. Basis für den Test war ein 30-Ah-Batteriepaket mit einer Energiedichte von 330 Wh/kg. Es wurde 1000 Mal von zehn auf 80 Prozent in zehn Minuten aufgeladen und verlor dabei nicht mehr als 20 Prozent seiner Kapazität. Überträgt man die Daten auf eine 75 kWh große Batterie, die 358 Meilen (rund 576 km) maximale Reichweite liefert, hätte sie gemäß der Aussage von StoreDot mit jedem Ladezyklus eine Reichweite von mindestens 200 Meilen (rund 322 km) erreicht. Der "100in5" genannte Akku (100 Meilen in 5 Minuten) soll 2024 in Serienfahrzeugen zum Einsatz kommen.
Nyobolt, ein brittsches Start-Up vermeldet auf Grund anderer Materialien für die Anode ( Niobwolframoxid - welche meist in umstrittenen Ländern und unter sehr umstrittenen Umständen gewonnene Rohstoffe enthält ) - vermeldet eine Aufladung von 0% auf 90% in fünf Minuten. Auch das Problem der Wärmebildung soll damit ein Ende haben. Der Akku erreiche während des Ladevorgangs nicht mehr als schonende 40 Grad Celsius. Der Batterie-Prototyp soll zudem auch nach hunderten Ladezyklen noch 90 Prozent seiner Kapazität behalten haben. Künftig auch nach 10.000 Ladezyklen, so das Ziel der Forschenden.
Einem Start-up aus dem niederländischen Eindhoven zufolge soll dessen neu entwickelte Batterie künftig Reichweiten von über 1000 Kilometer ermöglichen und fünfmal schneller geladen werden können als heutige Batteriezellen. Die neuen Batterien von sind eine Weiterentwicklung der gängigen Lithium-Ionen-Technik. Durch "Spatial Atom Layer Deposition" – kurz SALD – werden Beschichtungen im Inneren des Akkus aufgetragen, die so dünn sind wie ein einziges Atom. Durch die Nanobeschichtung entsteht eine sogenannte "Artificial Solid-Elektrolyte Interphase" (A-SEI), die gegenüber bisherigen SEI über eine deutliche bessere Leistungsfähigkeit verfügen und Langlebigkeit, Sicherheit sowie Kapazität deutlich steigern soll. So sollen E-Autos binnen zehn Minuten rund 80 Prozent nachladen, in 20 Minuten sollen 100 Prozent erreicht sein. Entwickelt wurde das Verfahren von den deutschen Fraunhofer-Instituten und der staatlichen niederländischen Forschungseinrichtung "The Netherlands Organisation for applied scientific research" (TNO). Die neuen Batterien für mehr Reichweite sollen frühestens 2022 beziehungsweise 2023 in Elektroautos eingebaut werden können, wie Geschäftsführer Frank Verhage erklärt. SALD verfügt seiner Darstellung nach über alle notwendigen Patente und hat bereits Fertigungsmaschinen für Kleinserien in Betrieb. Der großindustrielle Einsatz stünde allerdings erst noch bevor.
Auch Wissenschaftler:innen der Chao-Yang Wang Gruppe an der Pennsylvania State University sollen eine neue Batterie, die in zehn Minuten auf 80 Prozent geladen werden kann und die Lebensdauer eines Autos übersteigt, realisiert haben. Ihr Lösungsansatz: Eine in den Energiespeicher eingebaute Heizung. Der Grund, warum E-Auto-Akkus bislang nicht in einem Tempo aufgeladen werden können, das etwa einem Stopp an der Tanksäule entspricht, ist den chemischen Eigenschaften der Litium-Ionen-Zellen geschuldet. Das Lithium lagert sich beim Laden an einer Elektrode an und wird beim Entladen dort wieder abgerufen. Wird die Batterie nun zu schnell geladen, kann das Lithium an der Oberfläche der Elektrode haften bleiben, dort eine metallische Schicht bilden und im schlimmsten Falle einen Kurzschluss verursachen. Die Forschungsgruppe soll nun aber einen Weg gefunden haben, diese Lithium-Schicht in einer Batterie zu verhindern. Im Labor wurden dafür handelsübliche Batteriebauteile mit einer dünnen Schicht aus Nickel überzogen. Diese wird bei jedem Laden mit Strom versorgt und heizt damit die Batterie auf 60 Grad Celsius auf. Dass Batterien bei hohen Temperaturen Schaden nehmen können, gilt nach wie vor. Aus diesem Grund ist dieser Vorgang auf zehn Minuten begrenzt. Allerdings verhindert die Wärme, dass sich das Lithium bei sehr schnellen Ladevorgängen ablagert. Auch bei üblichem Ladetempo bildet sich mit der Zeit eine Lithium-Schicht, die die Kapazität der Batterie verringert. Durch die Wärmezufuhr während des Ladens wird daher auch die Lebensdauer der Batterie insgesamt verlängert. Selbst bei über 2500 Ladezyklen weist die neue Batterie eine Ladekapazität von über 90 Prozent auf, mehr als Autosteller von einer E-Auto-Batterie erwarten.
Mahle, ein Zulieferer und Entwicklungspartner der Automobilindustrie aus Stuttgart, hat eine neue Technik zur Kühlung von Batterien in E-Autos entwickelt. Durch das neuartige Temperatur-Management der Akkus mittels Immersionskühlung sollen Batterien schneller geladen werden können. Eine nicht leitende Kühlflüssigkeit befindet sich dabei innerhalb der Batteriezelle, um die maximale Temperatur zu senken und eine bessere Wärmeverteilung in der Zelle zu erreichen.
Fazit :
All diese Firmen und Institute beschäftigen sich mit dem Lithium-Ionen-Akku, was für mich eindeutig zeigt, dass die Zeit des Lithium noch lange nicht vorbei sein wird. Viele Erkenntnisse die aus diesen Studien und Versuchen gewonnen werden, werden wir mit hoher Wahrscheinlichkeit auch wieder in den Feststoffbatterien vorfinden, zumindest werden diese Technologien einen Beitrag dazu leisten, die bisherigen Einschränkungen, die den einen oder anderen Käufer vom Kauf eines EV abgehalten haben, zu eliminieren oder diese zu reduzieren.
Ghi chú
Laut den Experten der deutschen Börse, zeigt sich wohl Widerstand seitens der chinesischen Bevölkerung gegen die hohen EV-Preise! Man will nicht mehr Akzeptieren das diese deutlich über denen von Verbrennungsmotoren liegen.
Ich finde da haben sie recht!
Ein normaler PKW hat etwa 1400 Bauteile nur für Motor und Getriebe, die allesamt vom Rohmaterial her eingekauft und verarbeitet werden ( meist Mechanisch - Personalkosten ) wohingegen ein EV mit Lediglich einem siebtel der Bauteile daher kommt, die dann auch noch mit einem viel höheren automatisierungsgrad hergestellt werden ( Stellenabbau - Personalkosten ), was wiederum von den Exorbitanten Gewinnen der Firmen in den Bilanzen abgeleitet werden kann.
Somit stellt sich auch die Frage; "In wie weit ist Lithium zu teuer?"
Für mich persönlich kommt hier folgendes zum tragen:
Die Autohersteller wussten von den Steuervorteilen bei den EV und haben diese
einfach auf die Produktionspreise oben drauf gepackt, so wie wir es im Moment auch bei den Energiepreisen sehen, die nach Ankündigung der staatlichen Deckelung plötzlich wieder in die Höhe schießen.
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