STRUKTURSTUDIE - page 16

Kapitel 2
Abbildung 7: Lithium-Batteriezellen unterschiedlicher Hersteller.
7
Zellhersteller Chemie (Anode/
Kathode)
Kapazität
(Ah)
Form Spannung
(V)
Gewicht
(kg)
Volumen
(l)
Energiedichte
(Wh/l)
Spez. Energie
(Wh/kg)
Anwendung z.B. in
(Firma) (Modell)
Batterieelektrische Fahrzeuge (BEV)
AESC
G/LMO-NCA
33
Pouch
3,75
0,80
0,40
309
155
Nissan
Leaf
LG Chem G/NMC-LMO
36
Pouch
3,75
0,86
0,49
275
157
Renault
Zoe
Li-Tec
G/NMC
52
Pouch
3,65
1,25
0,60
316
152
smart
fortwo
Li Energy
Japan
G/LMO-NMC
50
prismatisch
3,7
1,70
0,85
218
109
Mitsubishi
i-MiEV
Samsung
G/LMO-NMC
64
prismatisch
3,7
1,80
0,97
243
132
Fiat
500
Lishen
Tianjin
G-LFP
16
prismatisch
3,25
0,45
0,23
226
116
Coda
RV
Toshiba
LTO-NMC
20
prismatisch
2,3
0,52
0,23
200
89
Honda
Fit
Panasonic
G-NCA
3,1
zylindrisch
3,6
0,045
0,018
630
248
Tesla
Model S
2.2.3 ZUKÜNFTIGE ZELLCHEMIEN
Batterietechnologien zukünftiger Generationen basieren häu-
fig auf metallischen Anoden, beispielsweise Lithium-Schwefel
oder Lithium-Luft. Hierdurch lassen sich signifikant höhere Ener-
giedichten erreichen. Eine Herausforderung ist aktuell noch die
Wiederaufladung: Hierbei kommt es zu einer ungleichmäßigen
Ablagerung des Lithiums. Dadurch werden sogenannte Dendriten
gebildet, die mit mehrmaligem Aufladen den Separator durch-
dringen und somit zum internen Kurzschluss und Ausfall der Zelle
führen können. Zurzeit werden insbesondere Lithium-Schwefel
für die mittelfristige Perspektive (2020 bis 2030) und Lithium-Luft
für die langfristige Perspektive diskutiert (nach 2030). Neben der
Leistungsfähigkeit der Zellen haben allerdings die Sicherheit und
geforderte Lebensdauer die höchste Wichtigkeit für die Automo-
bilbauer. Diese gilt es grundlegend zu erfüllen, bevor ein Serien-
einsatz der Zellen wahrscheinlich wird.
LITHIUM-SCHWEFEL-ZELLEN
Eine Lithium-Schwefel-Zelle besteht im geladenen Zustand aus ei-
ner metallischen Lithium-Anode, die mit einer schwefeltragenden
Kathode verbunden ist. Hierbei ergeben sich ein hoher Anteil an
aktivem Material sowie eine große Oberfläche und gute Leitfähig-
keit. Daraus resultieren eine theoretische Energiedichte von 2.600
Wh/kg [Korthauer (2013)]. Das mittelfristig technisch nutzbare
Potenzial wird auf bis zu 600 Wh/kg eingeschätzt, aktuelle Werte
liegen bei 350 Wh/kg [Sionpower (2014)]. Die Zellspannung liegt
etwa bei 2,1 V. Weitere Vorteile sind geringe Kosten, gute Materi-
alverfügbarkeit des Schwefels und ein breiter Temperaturbereich
für die Verwendung der Zellen [Friedrich (2014)]. Heutige Lithium-
Schwefel-Zellen können aufgrund der bereits dargelegten Dendri-
tenbildung nur bedingt wieder aufgeladen werden, Zyklenzahlen
liegen unter Laborbedingungen lediglich bei maximal 500 bis 600.
Weitere Probleme ergeben sich aus einer hohen Selbstentladung
der Zellen („Shuttle-Mechanismus”) und der daraus resultieren-
den eingeschränkten Effizienz. Heutige Entwicklungen richten sich
insbesondere auf die Reduzierung der Kostenstruktur der Elektro-
den, Erhöhung der tatsächlichen Energiedichte, Erhöhung der Zy-
klenfestigkeit (angestrebt > 2.000 Zyklen) und die Reduzierung der
Selbstentladung [Tübke (2011); Hagen (2011)].
LITHIUM-LUFT-ZELLEN
Lithium-Luft-Batterien versprechen aktuell die größten Energie-
dichten. Die Anode besteht aus reinem Lithiummetall, während die
Kathode aus einem porösen Mn
3
O
4
/C-Gemisch besteht und mit von
außen zugeführter Luft versetzt wird. Die theoretisch erreichbare
Energiedichte liegt bei 5.200 Wh/kg. Es handelt sich dabei um ein
offenes System, bei dem die Zelle durch Sauerstoffaufnahme im
entladenen Zustand schwerer wird. Ohne Berücksichtigung des
Gewichts des Sauerstoffs liegt die theoretische Energiedichte so-
7
Vgl. Anderman (2013); VDMA (2014).
14
1...,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15 17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,...116
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