STRUKTURSTUDIE - page 15

Abbildung 6: Unterschiedliche Materialvarianten bei Lithium-Batteriezellen.
6
tungsdichte und Energiedichte resultiert je nach gewählter Zell-
chemie und Zellaufbau eine Differenzierung in Hochenergie- und
Hochleistungsbatterien: Während die erste eine hohe Reichweite
des Fahrzeugs ermöglicht, was beispielsweise bei einem batterie-
elektrischen Fahrzeug erwünscht ist, erlaubt die zweite eine star-
ke Leistungsaufnahme und -abgabe, wie sie beispielsweise bei
Rekuperation oder Boost-Funktionen im Hybrid gefordert ist.
Zu berücksichtigen ist hierbei auch die bei den Konzepten unter-
schiedliche nutzbare Batteriekapazität. Diese wird bei Hybriden
auf einen sehr niedrigen Wert und eine sehr hohe Zyklenanzahl
ausgelegt (d.h., man verwendet nur einen kleinen Teil der nomi-
nal verfügbaren Kapazität), bei batterieelektrischen Fahrzeugen
beträgt sie teils mehr als 80 % bei einer geringeren Anzahl an La-
dezyklen.
UNTERSCHIEDLICHE ZELLCHEMIEN
Für die Anwendung im Fahrzeug wurden bzw. werden zahlreiche
Zelltechnologien bis zur Serienreife entwickelt. Eine Auswahl der
gängigsten Varianten mit ihren spezifischen Vor- und Nachteilen
findet sich in Abbildung 6. Da für neue Zellchemien vom Materi-
al über die Zellen und Batteriesysteme bis hin zur Anwendung im
Fahrzeug Entwicklungszyklen von ungefähr zehn Jahren angesetzt
werden können, werden diese Technologien auch in den kom-
menden Jahren den Markthochlauf von Elektrofahrzeugen tragen
[Hahn (2011)]. Abbildung 7 zeigt, welche Batteriezellen in aktuellen
Fahrzeugen zum Einsatz kommen. Weiterentwicklungen werden
sich vor allem positiv auf die Herstellungskosten auswirken; sie
werden aber erst mit einer Massenproduktion voll zum Tragen
kommen. Preistreiber sind neben den aufwendigen, zeit- und ener-
gieintensiven Produktionsverfahren und hohen Maschinenkosten
die Materialkosten für Anoden, Kathoden und Elektrolyte, aber
auch fur die verwendeten hauchdünnen Aluminium- und Kupfer-
folien [Huslage (2014); Tschech (2014)]. Bei anderen Parametern
ist ebenfalls Entwicklungspotenzial vorhanden, beispielsweise bei
der Energiedichte. Bei dieser wird in den kommenden Jahren eine
Erhöhung auf 250 Wh/kg angestrebt. Deutlichere Verbesserungen
werden aber erst in nachfolgenden Batteriegenerationen mit neu-
eren Materialkombinationen erwartet, da bei aktuellen Systemen
selbst die theoretisch erreichbaren Energiedichten lediglich im
Bereich von 400 Wh/kg liegen [Korthauer (2013)]. Weitere Ent-
wicklungskriterien sind die Sicherheit, insbesondere bei Unfällen,
sowie die Lebensdauer unter den hohen Anforderungen im Auto-
mobilbereich.
Abkürzung
LCO
LNO
NCA
NMC
LMO
LFP
LTO
Name
Lithium-Kobaltdioxid Lithium-Nickel-
dioxid
Lithium-Nickel-
Kobalt-Aluminium-
dioxid
Lithium-Nickel-
Mangan-
Kobaltdioxid
Lithium-Mangan-
Spinelldioxid
Lithium-Eisen-
phosphat
Lithium-Titanat
Kathode
LiCoO
2
LiNiO
2
Li(Ni
0,85
Co
0,1
Al
0,05
)O
2
Li(Ni
0,33
Mn
0,33
Co
0,33
)O
2
LiMn
2
O
4
LiFePO
4
z.B.: LMO,NCA, …
Anode
Grafit
Grafit
Grafit
Grafit
Grafit
Grafit
Li
4
Ti
5
O
12
Zellspannung
3,7–3,9 V
3,6 V
3,65 V
3,8–4,0 V
4,0 V
3,3 V
2,3–2,5 V
Energiedichte
150 Wh/kg
150 Wh/kg
130 Wh/kg
170 Wh/kg
120 Wh/kg
130 Wh/kg
85 Wh/kg
Energie
+
o
+
o
+
+
++
Sicherheit
-
o
o
o
+
++
++
Lebenszeit
-
o
+
o
o
+
+++
Kosten
--
+
o
o
+
+
o
6
Vgl. Recharge (2013).
13
1...,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14 16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,...116
Powered by FlippingBook