Einblicke in die Welt der Batteriechemie

Von NMC bis LFP: Ein Überblick über Batteriechemien

In der Welt der Batterietechnologie sind Abkürzungen wie LFP, NMC und NCA allgegenwärtig, aber was bedeuten sie genau? Das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI) hat in einer Studie die Unterschiede zwischen diesen Batterietypen beleuchtet, die wir hier für Sie zusammenfassen.

NMC: Das Vielseitige

NMC-Batterien (Lithium-Nickel-Mangan-Cobaltoxid) sind weit verbreitet, insbesondere in Elektroautos. Die Zusammensetzung wird durch Zahlen wie NMC811 definiert, die den Anteil von Nickel, Mangan und Cobalt angeben. Diese Batterien bieten eine hohe Energiedichte, da hauptsächlich Nickel elektrochemisch reagiert, während Cobalt die Leitfähigkeit erhöht und Mangan für Stabilität sorgt. Der Trend geht hin zu nickelreichen Varianten wie NMC955, um die Energiedichte weiter zu erhöhen und teures Cobalt zu reduzieren.

Vor- und Nachteile von NMC

NMC zeichnet sich durch eine gute Balance zwischen Energiedichte, Ladeleistung, Lebensdauer und Kosten aus. Probleme entstehen jedoch durch die instabile Schichtstruktur, besonders bei hohem Nickelgehalt, was eine genaue Temperaturkontrolle durch das Batteriemanagementsystem (BMS) erfordert. Zur Verbesserung der Eigenschaften wird NMC manchmal mit weiteren Metallen dotiert, was zu Varianten wie NMCA führt.

NCA und NMCA: Die Aluminiumzugabe

NCA-Batterien (Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminiumoxide), verwendet beispielsweise in Teslas Allradversionen des Model 3, ähneln NMC in ihrer Struktur. Aluminium erhöht hier die Stabilität. Auch hier ist Nickel die aktive Komponente, während Cobalt und Aluminium die elektrische und ionische Leitfähigkeit verbessern. NMCA ergibt sich durch die Zugabe von Mangan, was die Zyklenstabilität und mechanische Festigkeit verbessert.

LFP: Günstig und Langlebig

LFP (Lithiumeisenphosphat), verwendet in Fahrzeugen wie dem Tesla Model 3, BYD-Modellen und dem Fisker Ocean, ist eines der kostengünstigsten Kathodenmaterialien. Es enthält keine teuren Metalle wie Nickel oder Cobalt und ist sehr temperaturstabil. Dies wird durch ein dreidimensionales Kristallgitter erreicht, das Brände durch Überhitzung nahezu ausschließt.

Herausforderungen bei LFP

Trotz seiner Stabilität und Kosteneffizienz weist LFP eine geringere Energiedichte auf. Die Beweglichkeit von Lithium-Ionen und Elektronen ist eingeschränkt, was zu langsamerem Laden und Entladen führt. Zur Verbesserung werden oft kleinere Partikel oder leitfähige Kohlenstoffbeschichtungen eingesetzt. Ein weiteres Problem ist die geringe Spannungsänderung während des Entladens, die die Ermittlung des Ladezustands erschwert.

Fazit

Die Wahl des Batterietyps hängt stark vom gewünschten Einsatzgebiet und den erforderlichen Eigenschaften ab. Während NMC und NCA hohe Energiedichten und gute Leistung bieten, zeichnet sich LFP durch geringere Kosten und höhere Sicherheit aus. Die Weiterentwicklung und Optimierung dieser Technologien bleibt ein spannendes Feld in der Elektromobilität und darüber hinaus.