Akkutechnologien

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In diesem Artikel sollen aktuelle, frühere und mögliche zukünftige Akkutypen gesammelt werden, die sich zum Einsatz als Traktionsbatterien für Elektrofahrzeuge eignen.

Im Moment besteht der Artikel hauptsächlich aus Links auf Informationsmaterialien, dies soll sich aber ändern. Wenn Du Zeit und Lust hast, kannst Du gerne mithelfen! Hierbei darf natürlich auch die bereits grob angelegte Struktur verändert und ergänzt werden.

Grundlagen / Überblick


Kenndaten eines Akkumulators

  • Kapazität / Energiespeichervermögen: ...
  • C-Rate: ...


Ladeverfahren

Wikipedia

Überblick zum Lithium-Ionen-Akkumulator


Eigenschaften

(Anforderungen für den Fahrbetrieb)

Siehe auch Vergleichstabellen

Kapazität

Das Energiespeichervermögen in kWh ist zusammen mit dem spezifischen Verbrauch die entscheidende Größe für die Reichweite eines Elektroautos. In konstruktiver Hinsicht spielen außerdem die spezifische Energie (bezogen auf das Gewicht - kWh/kg) und die Energiedichte (bezogen auf das Volumen - kWh/l) eine Rolle.

Von der Nennkapazität unter definierten Bedingungen ist die tatsächlich entnehmbare Energie im echten Leben zu unterscheiden, die z.B. von der Temperatur und dem Alter der Batterie abhängt (siehe dazu den wikipedia-Artikel "Peukert-Gleichung" [1] - die Einschränkung bezgl. Lithium-Ionen-Akku beachten, was den Entladestrom angeht).

Davon abgesehen beschränkt bei Traktionsbatterien das Batterie-Management-System die maximale und minimale Kapazität beim Laden und Entladen aus Sicherheitsgründen und zur Verlängerung der Lebensdauer der Batterie (es können also nicht 100% geladen und entladen werden), daher wird hier auch zwischen der Brutto- und der (tatsächlich nutzbaren) Nettokapazität unterschieden.

Nicht zu verwechseln ist das Energiespeichervermögen mit der Ladungsspeichervermögen in Amperestunden (siehe [2] Abschnitt "Anwendung bei Akkumulatoren" und [3]).

Das Messen der Kapazität einer Batterie ist eine keinesfalls triviale Angelegenheit. Siehe dazu die batteryuniversity.com-Beiträge BU-901 bis BU-914 im Abschnitt "The Battery and You" (beginnend mit [4], zum Inhaltsverzeichnis runterblättern zu "Battery Testing and Monitoring" in der linken Spalte).

Leistung

  • Leistungsabgabe Dauerleistung (gleichmäßiges Fahren)
  • kurzfristig Leistungsabgabe hohe Leistung (Beschleunigung)
  • normale Leistungsaufnahme (Laden an externer Stromquelle)
  • kurzfristig hohe Leistungsaufnahme (Rekuperation, serielle Ladung Hybrid)

Wirkungsgrad

  • Laden
  • Entladen
  • Selbstentladung / Überwachungselektronik

Lebensdauer

  • Anzahl Zyklen
  • kalendarische Alterung

Sicherheit

Preis / Kosten


Aufbau

Grundsätzlicher Aufbau: Zelle - Modul - Package

Bauformen

  • Pouch: ...
  • Rundzellen: ...
  • Prismatische Zellen: ...


Spezielle Ausführung: Lithium-Polymer-Akkumulator

...

Spezielle Ausführung: Festkörper-Akkumulator

...

Verwendete Rohstoffe

Vorbemerkung 1: Sogenannte Seltene Erden (dazu gehören 17 Metalle, z.B. Lanthan, Neodym, Scandium und Yttrium) werden für Lithium-Ionen-Batterien nicht gebraucht, dafür aber für Dauermagnete in permanenterregten Elektromotoren (z.B. beim e-Golf). Weitere wichtige Verwendungszwecke von Seltenen Erden sind unter anderem Brennstoffzellen, LEDs, Lasertechnik sowie Katalysatoren und Rußpartikelfilter in Autos mit Verbrennungsmotor.

Vorbemerkung 2: "selten" und "knapp" sind zwei sehr verschiedene Sachverhalte, insbesondere bei Wirtschaftswissenschaftlern

Lithium

weitere Rohstoffe

- Kobalt - Mangan - Nickel - Aluminium - Eisenphosphat - Graphit - Titan - Silizium - Tantal - Gold - (Platin)

  • Rohstoffe - Abbau, Transport, Umweltbelastungen
  • Energie

Herstellung

...

Zweitverwendung, Recycling, Entsorgung

...

Aktuell verwendete Akkumulator-Typen

Aktuell werden ausschließlich Lithium-Ionen-Akkumulatoren als Traktionsbatterien von (Serien-)Elektrofahrzeugen eingesetzt. Die folgenden Typen sind verbreitet:

  • Lithium-Cobaltdioxid-Akku (LiCoO2): ...
  • Lithium-Eisenphosphat-Akku (LiFePO4): ...
  • Lithium-Mangan-Cobaltoxid-Akku (LiMnCoO2): ...
  • Lithium-Manganoxid-Akku (LiMn2O4): ...
  • Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminiumoxid-Akku (LiNiCoAlO2): ...
  • Lithium-Nickel-Mangan-Cobaltoxid-Akku (LiNiMnCoO2): ...


Mögliche zukünftige (in der Forschung befindliche) Akkumulator-Typen

Lithium-Luft-Akku

...
Presseberichte:


Lithium-Schwefel-Akku

...

Natrium-Ionen-Akku

...

Aluminium-Ionen-Akku

...

Vanadium-Pentoxid-Akku

...

Anodenmaterial

  • Lithium-Titanoxid
  • Silizium
  • Titan-Nioboxid


Früher verwendete Akkumulator-Typen

Hier sollen Akkutypen behandelt werden, die heute nicht mehr für Traktionsbatterien von Elektrofahrzeugen eingesetzt werden.

Nickel-Metallhydrid-Akku (NiMH)

...

Nickel-Cadmium-Akku (NiCd)

...

Blei-Akku

...

Hersteller von Akkumulatoren

Rohstofflieferanten und -vorverarbeiter

Hersteller von Material und Einzelkomponenten

(Liste von Kathodenmaterial-Herstellern in [9] S. 13)

[10]

Hersteller von Batteriezellen

Hersteller von Modulen und Batteriepacks