CATL kommt mit Hochgeschwindigkeitsbatterie

Früher war vielleicht nicht alles besser, aber auf der IAA mehr deutsch. Mit dem Ortswechsel vom Main an die Isar hat ein Ausstellerwechsel stattgefunden – von Nahwest nach Fernost. China spielt seine ganze Batterie-Power aus, so CATL mit der Ankündigung der Superfastbatterie.

Shenxing Superfast Charging Battery

• Nicht länger als zehn Minuten
• genug Energie für bis zu 400 Kilometer Wegstrecke
• Reichweite bis zu 700 km –

Der chinesische Batteriehersteller CATL wartet auf der IAA Mobility in München mit beeindruckenden Werten seiner neuentwickelten Fahrzeugbatterie auf. Der Hersteller will ab Ende des Jahres eine extrem schnell aufladbare E-Auto-Batterie produzieren. Die sogenannte „Shenxing Superfast Charging Battery“ soll Fahrt aufnehmen, wie CATL auf der IAA Mobility 2023 in München angekündigte. An welche E-Autohersteller die Batterien geliefert werden sollen, ist noch unklar. Erste Elektroautos sollen Anfang kommenden Jahres damit fahren können.

CATL will seine neue schnellladende Batterie neben China zukünftig in Deutschland herstellen. CATL werde die Shenxing-Batterien in Deutschland und Ungarn produzieren, kündigte Catl-Chefingenieur Gao Pengfei auf der IAA in München an. Die Batterie soll ab Ende 2023 in China in Serie gehen und ab 2024 in Elektrofahrzeugen erhältlich sein. Einen Zeitplan für die Produktion in Europa nannte er nicht. Es seien noch keine Abnahmevereinbarungen mit Kunden in der Region getroffen worden.

CATL nutzt die LFP-Technologie

Bei den Batterien handelt es sich um Akkus mit Lithium-Eisenphosphat-Chemie (Lithiumferophosphat, LFP), chemisch LiFePO₄, die im Vergleich zu herkömmlicher Nickel-Technik als eher günstig gelten. LFP-Technologie ist zwar grundsätzlich weniger leistungsfähig als die in modernen Elektroautos verbreiteten Nickel-Mangan-Cobalt-Zellen (NCM). Dafür sei sie jedoch robust und vergleichsweise günstig. Entsprechende Batterien sind seit einiger Zeit bei E-Pkw auf dem Vormarsch, insbesondere bei Einsteiger-Modellen. CATL will die Technologie nun weiter vorantreiben.

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Das schnelle Aufladen von Shenxing soll im Gegensatz zu bisherigen LFP-Batterien dabei in einem großem Temperaturbereich möglich sein. Bei Raumtemperatur soll sich die Batterie in bis zu 10 Minuten auf 80 Prozent ihrer Kapazität aufladen lassen. Die optimale Betriebstemperatur soll sich dabei schnell erreichen. So könne bei einer Temperatur von -10 °C in 30 Minuten von 0 auf 80 Prozent geladen werden, hieß es von CATL. Die Technologie soll zudem auch bei niedrigen Temperaturen eine Beschleunigungsleistung von 0-100 km/h erlauben.

LFP in Gabelstaplern

Ein Bereich, in dem LFP bereits vielfach im Einsatz ist, sind Gabelstapler. Einer der führenden Anbieter von LFP-Batterien hierfür ist der chinesische Hersteller Nanjing Torphan Tech Co., Ltd., aus Nanjing (Provinz Jiangsu, ein High-Tech-Unternehmen, das sich auf Lithium-Ionen-Energiespeichersysteme und Antriebsbatteriesysteme spezialisiert hat. Seine intelligenten Li-Ionen-Akkus werden hauptsächlich in Energiespeichersystemen und elektrischen Flurförderzeugen eingesetzt. Torphan hat eine Forschungs- und Entwicklungsabteilung, eine Fertigungsabteilung und eine Verkaufs- und Kundendienstabteilung, ist zertifiziert nach ISO9001, Torphan-Batterien nach CE-, IEC62619-, UN38.3- und UL-Zertifizierung. Torphan zielt darauf ab, Energielösungen anzubieten und intelligente, zuverlässige, sichere und langlebige erneuerbare Energien zu entwickeln.

Unterschied Lithium-Ionen und Lithium-Eisen

Immer mehr Elektrostapler würden von der neuesten Lithium-Eisen-Phosphat-Technologie angetrieben. Diese Batterie habe mit umweltfreundlichen und ungiftigen chemischen Verbindungen das perfekte chemische Gleichgewicht für einen Elektrostapler geschaffen. Sie seien wartungsfrei und müssten nicht bewässert werden, heißt es in einer Firmenmitteilung. Das Unternehmen sieht folgende Unterschiede zur Lithium-Ionen-Technologie:

• Die Entladerate für Lithium-Eisen-Phosphat übertrifft Lithium-Ionen. Bei 25 °C haben Lithium-Eisenphosphat-Batterien Spannungsentladungen, die bei höheren Temperaturen hervorragend sind. Die Entladerate verschlechtert die Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie nicht signifikant, da die Kapazität verringert wird.
• Lithiumeisenphosphat hat einen Lebenszyklus von 1.000-10.000 Zyklen. Diese Batterien können hohen Temperaturen mit minimaler Degradation standhalten. Sie haben eine lange Lebensdauer für Anwendungen, die über eingebettete Systeme verfügen oder lange laufen müssen, bevor sie aufgeladen werden müssen.
• Bei Lithium-Ionen macht die höhere Energiedichte es instabiler, insbesondere bei Umgebungen mit höheren Betriebstemperaturen. Es hat einen Lebenszyklus von 500-1.000 Zyklen, da es aufgrund der Betriebstemperatur der Elektronik oder der Arbeitskomponenten negativ beeinflusst werden kann.
• Bei der Lagerung unbenutzter Batterien ist es wichtig, Chemikalien zu wählen, die ihre Ladung über längere Zeit nicht verlieren. Stattdessen sollte der Akku annähernd die gleiche Ladeleistung erbringen wie bei einer Nutzungsdauer von über einem Jahr. Sowohl Lithiumeisenphosphat als auch Lithiumionen haben gute Langzeitspeichervorteile.

Längere Lagerung

• Lithiumeisenphosphat kann länger gelagert werden, da es eine Haltbarkeit von 350 Tagen hat. Für Lithium-Ionen beträgt die Haltbarkeit etwa 300 Tage.
• Hersteller aus allen Branchen verwenden Lithium-Eisenphosphat für Anwendungen, bei denen die Sicherheit ein Faktor ist. Lithiumeisenphosphat hat eine ausgezeichnete thermische und chemische Stabilität. Dieser Akku bleibt bei höheren Temperaturen kühl. Es ist auch nicht brennbar, wenn es bei Schnellladungen und -entladungen falsch gehandhabt wird oder Kurzschlüsse auftreten.
• Lithium-Eisenphosphat erfährt normalerweise kein thermisches Durchgehen, da die Phosphatkathode bei Überladung oder Überhitzung nicht brennt oder explodiert, da die Batterie kühl bleibt.
• Die Chemie von Lithium-Ionen hat nicht die gleichen Sicherheitsvorteile wie Lithium-Eisen-Phosphat. Die hohe Energiedichte hat den Nachteil, dass die Batterie instabil wird. Es erwärmt sich während des Ladevorgangs schneller, da ein Lithium-Ionen-Akku thermisch durchgehen kann.
• Ein weiterer Sicherheitsvorteil von Lithium-Eisenphosphat besteht in der Entsorgung der Batterie nach Gebrauch oder Ausfall. Eine Lithium-Ionen-Batterie, die mit einer Lithium-Kobalt-Dioxid-Chemie hergestellt wurde, gilt als Gefahrstoff, da sie bei Exposition allergische Reaktionen an Augen und Haut verursachen kann. Es kann beim Verschlucken zu schweren medizinischen Problemen führen. Für Lithium-Ionen sind daher besondere Entsorgungsüberlegungen zu anzustellen. Lithiumeisenphosphat ist ungiftig und kann leichter entsorgt werden.

Lieferauftrag von Tesla

Wie „Giga“ berichtet, darf CATL als größter chinesischer Hersteller von Lithium-Ionen-Akkus sich über einen Lieferauftrag für alle benötigten LFP-/LEP-Zellen an den amerikanischen E-Auto-Riesen Tesla freuen. Immer mehr Hersteller wie beispielsweise Volkswagen, Mercedes oder Ford, überlegen demnach ebenfalls den Umstieg auf LFP-Akkus. Der Unterschied zum bisher hauptsächlich verwendeten LI-Akku besteht darin, dass die positive Elektrode der Batterie aus Eisenphosphat gemacht ist. Bei den meisten anderen Lithium-Ionen-Batterien besteht diese meist aus Kobaltoxid. In jedem Akku werden die Ionen von Natrium verwendet, um Ladung in den Elektroden zu speichern. Eine Elektrode ist ein leitender Kontaktpunkt zum Elektrolyt, also dem Stoff, durch den die Ionen den elektronischen Strom befördern.

Lithium-Eisenphosphat-Akkus sind laut „Giga“ die bessere Alternative verglichen mit herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus aufgrund des Preis-Leistungsverhältnisses. Für eine für viele Verwendungen geeignete Speicherkraft kostet die LFP-Batterie wenig. Für sie brauchen keine teuren Schwermetalle wie Nickel (N), Mangan (M) und Kobalt (C) verbaut zu werden. Diese sind in der Produktion von NMC-Zellen essentiell, die LFP-Zellen nun verstärkt ersetzen. Aufgrund des Verzichts auf diese hochgiftigen Schwermetalle seien LFP-Akkus umweltschonender. Zudem wird Kobalt des Öfteren unter zweifelhaften Umständen abgebaut. Weiterhin können sämtliche Metalle im LFP-Akku sowie große Teile der Elektrodenmaterialien recycelt werden.

Überdies bietet der Akku einen hohen und stabilen Stromfluss, was ihn besonders für Anwendungen mit hohem Maximalbedarf und Leistungsspitzen eignet. Hinzu käme die beachtliche Lebensdauer: zehn bis 20 Jahre lang soll der Akku halten. Laut einem Langzeittest eines LFP-Akkus, aus dem „Giga“ zitiert, wies die Batterie nach 28.000 Ladezyklen noch immer 65 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität auf. Robuster zeigen sich LFP-Akkus zudem, wenn man sie zu 100 Prozent auflädt.

Den vermutlich größten Vorteil sieht „Giga“ allerdings darin, dass die LFP-Elektrode feuerfest ist. Die Wahrscheinlichkeit einer Entzündung, beispielsweise durch Überladung, hohe Temperaturen oder Kurzschlüsse, sei wesentlich geringer. Das liege daran, dass selbst bei Beschädigung der Trennschicht im Inneren der Batterie kein entzündbarer Sauerstoff freigesetzt wird.

Nachteil von LFP-Zellen: das Gewicht

Den Haken bei Akkus mit Lithium-Eisenphosphat-Elektroden sehen die Experten in dem Problem einer geringeren Energiedichte. Diese liegt teils beträchtlich unter der herkömmlicher Lithium-Ionen-Akkus. Rund 180 Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg) bringen letztgenannte Batterien auf, die Akkus mit Eisenphosphat schaffen 90 bis 110 (Quelle: smaveo.de). Um auf dieselbe Leistung zu kommen, brauche man derzeit mehr Zellen als bei LI-Akkus. Damit steige nicht nur die Größe, sondern auch das Gewicht. Bei Anwendungen wie Solargeneratoren, Balkonkraftwerken oder dergleichen ist das kein Problem, bei Autos sieht das anders aus. Denn hier leidet die Reichweite. Selbst wenn die LFP-Akkus deutlich schwerer und größer sind, da sie hinsichtlich der Energiedichte noch hinterherhinken, so überwögen schon jetzt die Vorteile deutlich. Besonders die niedrigen Kosten bei der Herstellung sowie die Robustheit sind Alleinstellungsmerkmale, mit denen LI-Akkus nicht mithalten können – in Bezug auf die Zyklusfestigkeit wie auf die geringere Explosions- und Brandgefahr.

Geschwindigkeit ist alles

Hinzu kommt die Geschwindigkeit, mit der Forscher Fortschritte in der Zellchemie verbuchen. Zuletzt schaffte es das Unternehmen SVolt, einen LFP-Akku mit 200 Wattstunden pro Kilogramm zu bauen, die modernen Tesla-3-Modelle müssten mit rund 125 Wh/kg aufwarten können. Lithium-Eisenphosphat-Zellen besitzen noch einiges an Potential.