Akkutechnologien
Inhaltsverzeichnis [anzeigen]
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
- Mehrere pdf-Dokumente zu verschiedenen Aspekten
- Battery University: Basics about Batteries (PowerPoint-Präsentation zum Download, englisch)
- Fraunhofer-Institut Gesamt-Roadmap Lithium-Ionen-Batterien 2030
Kenndaten eines Akkumulators
- Kapazität / Energiespeichervermögen: ...
- C-Rate: ...
Ladeverfahren
Überblick zum Lithium-Ionen-Akkumulator
- Kompendium: Li-Ionen Batterien
- Vortrag Lithium-Ionen-Batterietechnologie
- Battery University: Types of lithium-ion (englisch)
Eigenschaften
(Anforderungen für den Fahrbetrieb)
Siehe auch Vergleichstabellen
- S. 25 im Kompendium Lithium-Ionen-Batterien
- Beitrag BU-107 bei batteryuniversity.com (Vergleich auch mit Nicht-Lithium-Ionen-Akkus)
- Folie S. 16 im Vortrag über Lithium-Ionen-Batterietechnologie
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
- Wikipedia: Häufigkeiten chemischer Elemente auf der Erde
- Agora Verkehrswende, Öko-Institut: Strategien Nachhaltige Rohstoffversorgung Elektromobilität
- science media center germany fact sheet Lithium-Ionen-Batterien
- Europäische Kommission: Lithium ion battery value chain
Lithium
- Fraunhofer Institut, KIT Diplomarbeit 2009
- Fraunhofer Institut Lithium für Zukunftstechnologien (2009)
- Zeit 11/2017: Vorkommen im Erzgebirge
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)
- Asahi Kasei
- FMC
- Shanshan Technology
- L&F
- Nichia
- Reshine
- Sumitomo
- Targray
- Toda Kogyo
- Umicore
Hersteller von Batteriezellen
Hersteller von Modulen und Batteriepacks