Im Segment der Elektroautos ist ein deutlicher Wandel im Gange. Nein, ich spreche nicht von der Verschiebung Zu Elektrofahrzeuge. Das geht trotz einiger Hersteller immer noch voran kalte Füße bekommen. Ich beziehe mich hier auf eine subtile Änderung in der Zusammensetzung von Elektrofahrzeugbatterien, die einige erhebliche Auswirkungen hat.
Eine Art Lithium-Ionen-Batterie namens Lithium-Eisenphosphat (LFP) wird in Elektrofahrzeugen auf der ganzen Welt immer häufiger eingesetzt. Hersteller wie Ford, Mercedes-Benz, Rivian, Tesla und andere bieten diese Packungen jetzt als Alternative oder als vollständigen Ersatz für die bisher vorherrschenden Nickel-Mangan-Kobalt- (NMC) und Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid-Chemikalien (NCA) an Jahre. Während LFP-Zellen im Jahr 2020 nur 6 Prozent des Marktes ausmachten, ist ihr Anteil mittlerweile auf etwa 30 Prozent gestiegen.
Was bedeuten all diese obskuren Elemente – und die schwindelerregende Reihe von Akronymen – wirklich und welche Bedeutung haben sie für die Fahrzeuge, die in den nächsten Jahren auf die Straße kommen werden? Schauen wir uns die Details an.
Zunächst eine kurze Einführung in die Funktionsweise von Lithium-Ionen-Batterien (für einen tieferen Einblick, Schauen Sie sich diese ausführliche Erklärung an).
Batterien bestehen aus drei Hauptkomponenten: Anode, Kathode und Elektrolyt. Wenn in einem Stromkreis eine Spannung entsteht – zum Beispiel, wenn Sie den „Ein“-Knopf Ihres Elektrofahrzeugs drücken – kommt es in der Batterie zu einer chemischen Reaktion. Negative Ionen wandern zwischen Anode und Kathode durch den Elektrolyten, um Strom zu erzeugen. Es ist die Kathode, die das Verhalten der Batterie bestimmt, einschließlich ihrer Temperaturbeständigkeit, Energiedichte und Gesamtlebensdauer.
Wenn wir über die Lithium-Ionen-Chemie sprechen, sprechen wir in Wirklichkeit über die Materialien, aus denen die Kathode besteht, die in einer LFP-Batterie im wahrsten Sinne des Wortes Lithiumeisenphosphat (LiFePO4) ist. Bedeutsamer ist jedoch, was einer LFP-Kathode fehlt.
LFP-Batterien haben einige entscheidende Vorteile, aber für alle, die sich Sorgen über die ökologischen und ethischen Auswirkungen des Besitzes eines Elektrofahrzeugs machen, besteht der Hauptvorteil darin, dass LFP-Batterien keine Materialien wie Nickel, Mangan oder Kobalt enthalten.
Diese Mineralien sind in vielerlei Hinsicht problematisch. Der Abbau dieser Rohstoffe stellt eine hohe Umweltbelastung dar und schädigt die lokale Ökologie in Gebieten, in denen es keine Vorschriften gibt, wie etwa in der Demokratischen Republik Kongo und Myanmar. Dies hat die lokalen Gemeinschaften verwüstet und zur Ausbeutung ihrer Arbeiter geführt.
Auch LFP-Batterien kosten deutlich weniger. Entsprechend Analyse von BloombergNEFLFP-Zellen sind im Durchschnitt 32 Prozent günstiger als NMC-Zellen. Sunoj George, Direktor für Batterietechnik und Antriebsarchitektur bei Rivian, sagte, dass sein Unternehmen mit LFP Einsparungen von 20 bis 30 Prozent erzielt habe. Im September LFP-Batterien fiel darunter 60 US-Dollar pro Kilowattstunde, was dazu beiträgt, die weltweiten Preise für Batteriezellen auf ein Rekordtief zu treiben.
LFP-Batterien sind außerdem belastbarer, was zu einer längeren Lebensdauer führt. Das bedeutet, dass Fahrzeuge mit einer LFP-Batterie mehr Lade-Entlade-Zyklen bewältigen können, bevor die Batterie an Kapazität verliert, wodurch sich Elektrofahrzeuge gut für Flotten und andere Anwendungen eignen, die häufiges Aufladen erfordern.
Diese Widerstandsfähigkeit trägt auch dazu bei, dass diese Batterien extremen Temperaturen standhalten. „LFP bietet eine höhere thermische Stabilität als ternäre (dreiteilige) Batteriesysteme wie NCM oder NCA“, sagte George von Rivian. Daher sind Batteriebrände für Autos mit LFP-Antrieb weniger ein Problem.
Wenn LFP-Batterien all diese Vorteile haben, warum sind sie dann nicht in jedem einzelnen Elektrofahrzeug? Leider haben sie einige erhebliche Nachteile.
Der größte Wert ist die Energiedichte. Eine LFP-Batterie bietet bei gegebenem Gewicht und Volumen weniger Kilowattstunden Kapazität. Das bedeutet weniger Kilometer Reichweite mit einer Ladung. Dies wird durch die oben erwähnte schnellere Aufladung etwas ausgeglichen, so dass dies bei häufigen Kurzstreckenfahrten weniger problematisch ist. Da jedoch so viele Verbraucher immer noch die maximale Reichweite vor allen anderen Faktoren im Auge haben, ist dies ein potenzieller Schlag gegen Autos mit LFP-Antrieb.
Ein weiteres Problem ist die schlechte Leistung bei kaltem Wetter. LFP-betriebene Elektrofahrzeuge verlieren bei kalter Batterie mehr von ihrer maximalen Reichweite und können bei niedrigen Temperaturen sogar Schwierigkeiten beim Aufladen haben.
Aber es gibt Möglichkeiten, dies anzugehen. George von Rivian sagt, dass das „thermische Konditionierungssystem“ des Unternehmens dafür sorgt, dass „der Kunde keinen wahrnehmbaren Unterschied“ zwischen der Leistung von LFP bei kaltem Wetter und der von NCM- oder NCA-Batterien feststellen sollte.
Schließlich kosten LFP-Batterien zwar weniger in der Herstellung, sind aber auch beim Recycling weniger wert. „Ein LFP-Paket hat einen geringeren inhärenten Metallwert als ein Paket auf Nickelbasis“, sagte Jackson Switzer, Vice President of Commercial bei Redwood Materials. Ein geringerer Wert bedeutet möglicherweise weniger Motivation, diese Batterien zu recyceln, aber die gute Nachricht ist, dass sie genauso leicht recycelbar sind.
Es ist also ein Geben und Nehmen, aber die Hersteller entscheiden zunehmend, dass sich die Kompromisse lohnen, insbesondere bei ihren Flottenanwendungen.
Mercedes-Benz hat sich für LFP-Zellen für seinen neuen eSprinter-Transporter entschieden. „Die Zelldegradation ist geringer als bei anderen Batterien, was gleichzeitig Langlebigkeit und geringen Wartungsaufwand gewährleistet. „Es ist ideal für leichte Nutzfahrzeuge“, sagt Klaus Rehkugler, Leiter Vertrieb und Marketing bei Mercedes-Benz Vans.
Lisa Drake, Vizepräsidentin für EV-Programme und Energieversorgungskette bei Ford, sagte, dass LFP-Zellen mit zunehmender Verbreitung von Ladestationen für Elektrofahrzeuge sinnvoller sein werden: „Die Menschen sind eher bereit, kürzere Fahrten und kleinere Fahrten zu akzeptieren, aber sie wollen.“ (aufladen) öfter. Und sie wollen öfter schnellladen. Und die LFP-Batterietechnologie ermöglicht ihnen das.“
Dasselbe gilt auch für Privatfahrzeuge. Mercedes-Benz stellte letztes Jahr seine Concept CLA-Klasse vor, eine kleine Elektrolimousine der nächsten Generation, die nächstes Jahr auf den Markt kommt. Markus Schäfer, Technologievorstand bei Mercedes-Benz, sagte, dass das Unternehmen verschiedene Batterietechnologien anbieten werde. „Wir müssen uns aufteilen, das ist also eine Einstiegsversion mit einer LFP-Batterie mit geringerer Reichweite.“ In Kilometern ausgedrückt könnten es bei diesem CLA-Klasse-Auto 500 Kilometer (311 Meilen) sein“, sagte er. „Aber am oberen Ende könnte man sich für mehr PS entscheiden, für mehr Reichweite.“ Die leistungsorientierte Version würde dann auf einem Nicht-LFP-Design basieren.
Es wird prognostiziert, dass LFP auch in Zukunft weiter an Dynamik gewinnen wird. Ein April-Bericht von BloombergNEF weist auf einen kontinuierlichen Anstieg der LFP-Produktion in China durch große Zulieferer wie CATL hin, zusammen mit einer wachsenden Produktion von Herstellern in anderen Teilen der Welt, wie LG Energy Solution in Südkorea.
Angesichts der Langlebigkeit und der Kostenvorteile von LFP-Batterien glaubt Drake von Ford, dass die Bereitstellung einer LFP-Versorgung für Hersteller von entscheidender Bedeutung sein wird: „Wenn Sie keine LFP in Ihrer Flotte haben, weiß ich nicht, wie Sie wirklich skalieren werden.“
