Lithium-Ionen-Batterien für den Verkehr
Der Bereich der Energiespeicherung entwickelt sich schnell. Aufgrund ihrer hohen Energiedichte spielen Lithium-Ionen-Technologien, welche die Elektronik von heute mit Strom versorgen, eine zunehmend wichtige Rolle für den Verkehr und andere Energiespeicherlösungen. In dem EU-finanzierten Forschungsprojekt "High energy lithium-ion storage solutions" (HELIOS) werteten Wissenschaftler vier Lithium-basierte Batterietechnologien aus, um die beste Lösung für den Massenmarkt zu finden. Die bewerteten Technologien waren: Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium (NCA), Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt (NMC), Lithium-Manganoxid (ABS) und Lithiumeisenphosphat (LFP). Die Studie wurde mit großen Hochenergiezellen für Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge und schwere Hybrid-Lastkraftwagen durchgeführt. Die Teammitglieder von HELIOS verglichen die verschiedenen Batteriezelltypen in Bezug auf ihre Leistung, Lebensdauer, Kosten, Wiederverwertung und Sicherheitsmerkmale gegen Missbrauch – die zentralen Fragen, die zu einer erfolgreichen Vermarktung für Elektrofahrzeuge beitragen sollen. Zykluszeiten, Entladetiefe, Ladezustand und Temperatur sowie Ober- und Unterspannungen wurden als einige der möglichen Zellalterungsmechanismen identifiziert. Analysen von Musterstücken für neue, vorläufige und endgültige Zellen zeigten, dass die Haftung zu den wesentlichen Alterungsmechanismen gehörte, während Temperatur bei NMC und LFP Auflösungserscheinungen bewirken könnte. Die Untersuchungen bewiesen, dass NMC-basierte Zellen über eine etwas geringere Kapazität verfügen als die NCA-Zellen. Jedoch könnten NMC bei kontinuierlicher Verbesserung des Zellmaterials und Anpassungen bei der Zellgeometrie eine gleichwertige Energiedichte erreichen. Dagegen wiesen Zellen aus einer LMO-NCA-Mischung eine deutlich geringere Kapazität auf. Weitere Optimierungen bei der Mischung der Mengen könnten diesen Nachteil kompensieren. Die Ergebnisse bei den LFP-basierten Zellen waren eher enttäuschend, insbesondere hinsichtlich ihrer Lebensdauer. Darüber hinaus kann die Kapazität der Zelle weiter erhöht werden, ohne ihre vorteilhafte Missbrauchstoleranz zu beeinträchtigen. Das macht sie für Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge mit relativ kleinen Batterien besonders interessant. Der Automobilindustrie fällt es schwer, die ehrgeizigen Klima- und Energieziele der EU für das Jahr 2020 zu erfüllen, vor allem die Reduzierung der Treibhausgasemissionen um 20 %. Daher sollten Ergebnisse aus HELIOS erheblich dazu beitragen, die Automobilindustrie sowie die städtischen Verkehrsbetriebe in diese Richtung zu bewegen.
Schlüsselbegriffe
Lithium-Ionen-Batterien, Verkehr, Elektrofahrzeuge, Batteriezelle, Zellalterung, Energiespeicherung, Hochenergie, Lithium-Ionen-Speicher, Speicherlösungen, Batterietechnologien, Automobil
