2.4 Entwicklungen bei Lithium-Batterien
Keine Lithium-Ionen-Technologie ist heute alleinstehend in allen Batterieanforderungen führend. Es gibt eine Vielzahl an Technologien, die auf variierende Metalloxide in der Kathode basieren. Je nach Materialwahl entstehen dadurch Vorteile in einer Kategorie, die meist aber zu Nachteilen in anderen führen. Im Folgenden sollen zunächst diejenigen Lithium-Ionen-Technologien kurz aufgeführt werden, die bereits heute verfügbar sind und anschließend einige, die mittel- bis langfristig potenziell interessant sein könnten [vgl. Tbcg10, S.2, Pfaf09, S.19, Elco09, S.84].
2.4.1 Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Akku (NCA)
NCA ist eine heute bereits verfügbare Technologie, die aus einem Lithium-Mischoxid sowie Nickel, Kobalt und Aluminium besteht. Sie besitzt im Vergleich zu anderen Technologien heute eine sehr hohe Energie- und Leistungsdichte, weist jedoch im Bereich Sicherheit einige Mängel auf. NCA-Batterien müssen daher mit aufwendigen Sicherheitsmaßnahmen versehen werden, indem die Zellen entweder ummantelt werden und das Verhalten der Batterie stets überprüft wird. Preislich ist dieser Typ dennoch konkurrenzfähig [vgl. Tbcg10, S.2f., Elco09, S.84, Kahl07, S.26f.].
2.4.2 Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Akku (NMC)
Die Materialzusammensetzung ist hier beinahe identisch zur NCA-Batterie. Lediglich das Aluminium wurde hier durch Mangan ersetzt. Sie besitzt ebenfalls wie die NCABatterie eine sehr hohe Energiedichte, weist jedoch eine geringere Lebensdauer und Leistungsdichte auf. Weiterhin verfügt dieser Typ über zwei Spannungspegel. Bei Reutlingen University Die Batterie als Türöffner zur Elektromobilität 18 hohen Spannungen (4.1 bis 4.2 V) besitzt sie eine exzellente Speicherkapazität und relativ geringe Kosten pro kWh. Die Zersetzung des Mangans reduziert diese Vorteile jedoch nach einer gewissen Zeit. Bei geringen Spannungen ist die Speicherkapazität geringer und die Kosten pro kWh höher. Die Stabilität scheint dafür jedoch angemessener. Preislich ist die NCM-Batterie günstiger als die NCA [vgl. Kahl07, S.26, Tbcg10, S.3].
2.4.3 Lithium-Eisen-Phosphat-Akku (LFP)
LFP wird bereits erfolgreich als potenziell günstiges Kathodenmaterial verwendet. Durch sein geringes elektrochemisches Potential weist es selbst bei stark variierenden Temperaturen die höchste Sicherheit im Vergleich zu den anderen heute verfügbaren Technologien auf. Weiterhin vorteilhaft sind die lange Lebensdauer und die vergleichsweisen geringen Kosten von Eisen im Vergleich zu Nickel und Kobalt. Zudem können LFP-Batterien sehr schnell Energie aufnehmen und sind somit in wenigen Minuten aufladbar. Gegen LFP spricht die geringe Energiedichte im Vergleich zu NCA- und NCM-Batterien [vgl. Berg09, S.31, Tbcg10, S.3, Kahl07, S.27, Pfaf09, S.19f.].
2.4.4 Lithium-Titanat-Akku (LTO)
LTO-Batterien basieren auf Nanotechnologie und weisen vor allem Vorteile in den Bereichen Lebensdauer und Sicherheit auf. Sie besitzen zudem eine geringe thermische Anfälligkeit. Nachteilig ist, dass diese Technologie im Vergleich zu NCA-Batterien eine um etwa ein Drittel geringere Energiedichte aufweist, das in einem hohen Gesamtgewicht der Batterie resultiert. Vom Kostenpunkt betrachtet ist sie um einiges teuer als die anderen heute verfügbaren Technologien [vgl. Pfaf09, S.20, Tbcg10, S.3, Elco09, S.86].
2.4.5 Lithium-Polymer-Akku (Li-Poly)
Bei Lithium-Polymer-Batterien besteht die Anode aus dem gleichen Metalloxid wie bei den bereits genannten Lithium-Ionen-Batterien. Der Elektrolyt weist hier jedoch eine Polymerbasis in Form einer gelartigen Folie auf. Diese Technologie ist sehr preiswert und besitzt im Vergleich zu anderen Lithium-Ionen-Technologien eine höhere Energiedichte. Nachteilig ist hier die hohe elektrische und thermische Anfälligkeit [vgl. Pfaf09, S.19]. Die Leistungsdichte sowie der stabile Betrieb leiden maßgeblich bei Reutlingen University Die Batterie als Türöffner zur Elektromobilität 19 tiefen Temperaturen. Falls die thermische und elektrische Anfälligkeit dieses Batterietyps reduziert werden kann, ist diese Technologie mit Markteintritt 2020 eine vielversprechende Option [vgl. Frau10, S.11].
2.4.6 Lithium-Schwefel-Akku (Li-S)
Lithium-Schwefel-Akkus sind sehr günstig und selbst bei extremen Temperaturen sehr beständig. Ansonsten jedoch sind sie im Vergleich zu heute verfügbaren Technologien noch eher durchschnittlich zu bewerten. Mit einem Markteintritt wird ab 2020 gerechnet [vgl. Frau10, S.11].
2.4.7 Lithium-Luft-Akku (Li-Luft)
Die Lithium-Luft-Technologie weist die mit Abstand höchste Energiedichte von allen bekannten Lithium-Ionen-Technologien auf. Preislich könnte sie wettbewerbsfähig sein, befindet sich aber momentan noch im Entwicklungsstatus. Mit einem Markteintritt wird nicht vor 2030 gerechnet [vgl. Frau10, S.11]. |
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