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Forschung und Entwicklung in der Batterietechnologie.

Professor Dr. Maximilian Fichtner gibt für alle neuen Hörer des Geladen-Batteriepodcasts ein Update von den populären Lithium-Ionen-Batterien bis hin zu sehr exotischen Zellchemien für Batterien.

März 2025

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00:00 Intro: CATL produziert Natrium-Ionen-Batterie
00:56 Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterien - NMC vs LFP-Zellen
05:07 Sponsoring: Wechselpilot: https://www.wechselpilot.com/geladen/
06:58 Warum setzt China auf "LiFePO4" - das Lithiumeisenphosphat?
07:52 Globaler Markt für NMC- und LFP-Batterien
08:52 LCO-Batteriezellen für Smartphones
10:55 LFP-Materialdämmerung für stationäre Batterien
13:19 LMFP-Zellchemie: Mangan in LFP-Batteriezellen
15:32 Golem: Neue Natriumbatterie übertrifft handelsübliche Lithiumbatterien?
19:19 Sprechen wir hier überhaupt von einer fertigen Laborzelle?
20:56 Was ist "Prälithiierung" bei der Fertigung von Batteriezellen?
23:46 Lithium-Schwefel-Batterien für Drohnen?
26:20 Redox-Flow-Batterien von CmBlu auf dem Vormarsch?
28:18 Haben die Redox-Flow-Batterien genug Leistung für Primärregelleistung (PRL)?
29:20 Die Zukunft der Blei-Säure-Batterie
31:30 Leere Blei-Batterien bei E-Autos
32:30 CATL's Natrium-Ionen-Batterien als Starterbattterien für Autos
33:19 Haben Sie einen Themenwunsch, Herr Fichtner?
35:02 Outro

00:00 Intro: CATL produziert Natrium-Ionen-Batterie.

Produktion von Natrium-Ionen-Batterien.

CATL, der chinesische Batteriehersteller, hat kürzlich mit der Produktion von Natrium-Ionen-Batterien begonnen. Diese Batterien bieten eine vielversprechende Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien, da sie ohne seltene Rohstoffe wie Lithium und Kobalt auskommen. Natrium-Ionen-Batterien sind günstiger in der Herstellung, da Natrium reichlich verfügbar ist. Sie funktionieren auch bei extrem niedrigen Temperaturen gut, was sie für kalte Klimazonen attraktiv macht. Diese Batterien sind schnellladefähig und können in nur 15 Minuten auf 80 % geladen werden. CATL liefert die ersten Natrium-Ionen-Batterien an den Autohersteller Chery, wo sie in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden sollen. CATL plant, Natrium- und Lithium-Ionen-Batterien zu kombinieren, um die Vorteile beider Technologien zu nutzen.

00:56 Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterien – NMC (Nickel Mangan Cobalt Batterien) versus LFP-Zellen (Lithium Eisenphosphat Batterien).

Eigenschaften von Nickel Mangan Cobalt-Oxyd Lithium-Ionen-Batterien NMC.

Nickel-Mangan-Cobaltoxid-Batterien (NMC) sind eine spezielle Art von Lithium-Ionen-Batterien, die für ihre Vielseitigkeit und Effizienz bekannt sind. NMC-Batterien bieten eine hohe Energiedichte, was sie ideal für Anwendungen wie Elektrofahrzeuge und Energiespeichersysteme macht. Die chemische Zusammensetzung der Kathode kann angepasst werden, um entweder die Energiedichte oder die Lebensdauer zu optimieren. Varianten wie NMC 111, NMC 622 und NMC 811 unterscheiden sich im Verhältnis von Nickel, Mangan und Cobalt. Sie haben eine gute Zyklenfestigkeit und können viele Lade- und Entladezyklen durchlaufen, bevor ihre Kapazität signifikant abnimmt. NMC-Batterien werden in Elektrofahrzeugen, tragbaren Geräten und stationären Energiespeichersystemen eingesetzt. Hersteller arbeiten daran, den Anteil von Cobalt zu reduzieren, um die ökologischen und sozialen Herausforderungen beim Abbau dieses Rohstoffs zu minimieren. NMC-Batterien werden in Elektrofahrzeugen, Energiespeichersystemen und tragbaren Geräten eingesetzt. Hersteller versuchen, den Anteil von Cobalt zu reduzieren, da dessen Abbau oft mit sozialen und ökologischen Herausforderungen verbunden ist.

Eigenschaften von Lithium Eisenphosphat Batterien LFP.

Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP) sind eine spezielle Art von Lithium-Ionen-Batterien, die sich durch ihre Sicherheit und Langlebigkeit auszeichnen. LFP-Batterien sind weniger anfällig für thermisches Durchgehen, da sie keine Sauerstofffreisetzung bei chemischen Reaktionen haben. Sie bieten eine hohe Zyklenfestigkeit und können viele Lade- und Entladezyklen durchlaufen, bevor ihre Kapazität signifikant abnimmt. Diese Batterien funktionieren auch bei extremen Temperaturen zuverlässig, was sie für Anwendungen in kalten oder heissen Umgebungen geeignet macht. Im Vergleich zu anderen Lithium-Ionen-Batterien haben LFP-Batterien eine geringere Energiedichte, was sie für Anwendungen mit weniger Platzbedarf weniger geeignet macht. Sie enthalten keine giftigen oder seltenen Materialien wie Kobalt, was ihre Herstellung nachhaltiger macht. LFP-Batterien werden in Elektrofahrzeugen, stationären Energiespeichersystemen und tragbaren Geräten eingesetzt.

LPF Kostenvorteil LFP-Batterien gegenüber MNC-Batterien.

Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP) bieten gegenüber Nickel-Mangan-Cobaltoxid-Batterien (NMC) einige Kostenvorteile. LFP-Batterien verwenden Eisen und Phosphat, die reichlich verfügbar und kostengünstiger sind als die Materialien in NMC-Batterien, wie Nickel und Kobalt. LFP-Batterien haben eine drei- bis viermal längere Zyklenlebensdauer im Vergleich zu NMC-Batterien, was die Gesamtkosten über die Lebensdauer der Batterie reduziert. Die stabile Chemie von LFP-Batterien minimiert das Risiko von thermischem Durchgehen, was zusätzliche Sicherheitsmassnahmen und damit verbundene Kosten reduziert. Aufgrund ihrer Robustheit und Stabilität benötigen LFP-Batterien weniger Wartung, was langfristig Kosten spart.

Chinesische Entwicklung von neuen Batterie-Packs mit LFP.

China, insbesondere der Batteriehersteller CATL, hat bedeutende Fortschritte bei der Entwicklung neuer Batterie-Packs mit Lithium-Eisenphosphat-Technologie (LFP) gemacht. CATL hat die "Shenxing"-Batterie entwickelt, die in nur 10 Minuten genug Energie für 600 Kilometer Reichweite speichern kann. Trotz der kostengünstigen LFP-Chemie erreicht die Shenxing-Batterie eine beeindruckende Energiedichte von 205 Wh/kg. Die Shenxing-Batterien sind für die Massenproduktion ausgelegt und sollen noch 2024 in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden. Selbst bei minus 10 Grad Celsius bleibt die Ladeleistung beeindruckend. CATL verwendet ein innovatives Konzept, bei dem die Batteriezellen direkt in das Pack integriert werden, um Platz und Gewicht zu sparen.

06:58 Warum setzt China auf "LiFePO4" - das Lithiumeisenphosphat?

Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LiFePO4). 

China setzt verstärkt auf Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LiFePO4). LiFePO4-Batterien sind günstiger in der Herstellung, da sie keine teuren Rohstoffe wie Kobalt oder Nickel benötigen. Diese Batterien sind thermisch stabil und weniger anfällig für Überhitzung oder Brände, was sie besonders sicher macht. Sie haben eine hohe Zyklenfestigkeit und können viele Lade- und Entladezyklen durchlaufen, bevor ihre Kapazität signifikant abnimmt. Da sie keine seltenen oder giftigen Materialien enthalten, sind sie nachhaltiger und umweltfreundlicher. LiFePO4-Batterien werden nicht nur in Elektrofahrzeugen, sondern auch in stationären Energiespeichersystemen und Solarspeichern eingesetzt.

07:52 Globaler Markt für NMC- und LFP-Batterien.

Globaler Markt für NMC- und LFP-Batterien.

Der globale Markt für Nickel-Mangan-Cobaltoxid-Batterien (NMC) und Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP) wächst rasant und spielt eine entscheidende Rolle in der Energiewende. Der Markt für Lithium-Ionen-Batterien, einschliesslich NMC und LFP, wurde 2023 auf 54,1 Milliarden USD geschätzt und soll bis 2030 auf 147,3 Milliarden USD anwachsen, mit einer jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 15,7 %.

Technologische Unterschiede.

NMC-Batterien.

Sie bieten eine höhere Energiedichte und sind ideal für Hochleistungsanwendungen wie Elektrofahrzeuge der Oberklasse.

LFP-Batterien.

Diese sind kostengünstiger, sicherer und langlebiger, was sie für Anwendungen wie Busse, Schwerlasttransporte und stationäre Energiespeicher attraktiv macht.

Regionale Dynamik.

China dominiert den Markt sowohl in der Produktion als auch in der Innovation, während die USA und die EU versuchen, ihre Abhängigkeit von chinesischen Lieferketten zu reduzieren.

Nachhaltigkeit und Recycling.

Der Fokus auf nachhaltige Praktiken und Recyclingprozesse nimmt zu, um wertvolle Materialien wie Lithium, Nickel und Kobalt zurückzugewinnen.

Zukunftsperspektiven.

Beide Technologien entwickeln sich weiter. LFP-Batterien profitieren von Innovationen wie der LMFP-Kathode (mit Mangan), während NMC-Batterien durch die Reduktion von Kobalt und die Erhöhung des Nickelanteils kosteneffizienter werden.

Grenze zwischen NMC- und LFP-Batterien.

Die Grenze zwischen Nickel-Mangan-Cobaltoxid-Batterien (NMC) und Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP) liegt in ihren Eigenschaften und Anwendungen. NMC-Batterien haben eine höhere Energiedichte, was sie ideal für Anwendungen macht, bei denen Platz und Gewicht entscheidend sind, wie Elektrofahrzeuge der Oberklasse. LFP-Batterien sind kostengünstiger, da sie keine teuren Rohstoffe wie Kobalt und Nickel benötigen. LFP-Batterien sind thermisch stabiler und weniger anfällig für Überhitzung oder Brände. LFP-Batterien haben eine längere Zyklenlebensdauer, was sie für stationäre Energiespeicher und Anwendungen mit hoher Belastung attraktiv macht. LFP-Batterien sind umweltfreundlicher, da sie keine seltenen oder giftigen Materialien enthalten. NMC-Batterien werden häufig in tragbaren Geräten und Elektrofahrzeugen eingesetzt, während LFP-Batterien bevorzugt in stationären Energiespeichersystemen und Schwerlasttransporten verwendet werden.

08:52 LCO-Batteriezellen für Smartphones.

Lithium-Cobalt-Oxid-Batteriezellen (LCO).

Lithium-Cobalt-Oxid-Batteriezellen (LCO) bleiben eine wichtige Technologie für Smartphones, und es gibt einige spannende neue Trends. Forscher arbeiten an Techniken wie der Prä-Lithiierung, um die Effizienz und Lebensdauer von LCO-Batterien zu erhöhen. Hersteller wie Samsung experimentieren mit Technologien aus der Elektroautoindustrie, um die Energiedichte von Batterien für Smartphones zu steigern. Fortschritte in der Batterietechnologie ermöglichen kürzere Ladezeiten, was für Nutzer besonders praktisch ist. Es wird daran gearbeitet, die Umweltbelastung durch die Produktion von LCO-Batterien zu reduzieren, indem alternative Materialien und Recyclingprozesse erforscht werden. Die Entscheidung, Batteriezellen für Smartphones grösser zu machen, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Grössere Batteriezellen können mehr Energie speichern, was die Nutzungsdauer des Smartphones verlängert. Mit mehr Energie können Smartphones leistungsfähigere Funktionen wie hochauflösende Displays und fortschrittliche Prozessoren unterstützen. Eine grössere Kapazität bedeutet, dass der Akku seltener geladen werden muss, was die Lebensdauer verlängern kann. Grössere Batteriezellen führen zu sperrigeren Smartphones, was für Nutzer, die kompakte Geräte bevorzugen, unpraktisch sein kann. Die Herstellung grösserer Batteriezellen kann teurer sein, was sich auf den Endpreis des Smartphones auswirken könnte. Grössere Batterien erhöhen das Gewicht des Geräts, was die Handhabung beeinträchtigen könnte.

Was ist der Vorteile von schweren Batteriematerialien?

Schwere Batteriematerialien bieten einige spezifische Vorteile, die sie für bestimmte Anwendungen attraktiv machen. Materialien mit höherer Masse können oft mehr Energie speichern, was die Energiedichte der Batterie erhöht. Schwere Materialien neigen dazu, stabiler zu sein, was die Sicherheit und Lebensdauer der Batterie verbessert. Sie können Wärme besser ableiten oder speichern, was die Leistung der Batterie bei extremen Temperaturen optimiert. Schwere Materialien sind oft widerstandsfähiger gegenüber mechanischen Belastungen, was die Batterie langlebiger macht.

10:55 LFP-Materialdämmerung für stationäre Speicher-Batterien.

Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP).

Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP) erleben derzeit eine bedeutende Entwicklung, insbesondere im Bereich stationärer Energiespeicher. LFP-Batterien sind günstiger als andere Lithium-Ionen-Batterien, da sie keine teuren Rohstoffe wie Kobalt oder Nickel benötigen. Sie bieten eine hohe Zyklenfestigkeit und eine lange Lebensdauer, was sie ideal für stationäre Anwendungen macht. Die thermische Stabilität von LFP-Batterien minimiert das Risiko von Überhitzung oder Bränden, was sie besonders sicher für den stationären Einsatz macht. Da sie keine seltenen oder umweltschädlichen Materialien enthalten, sind sie umweltfreundlicher und einfacher zu recyceln. LFP-Batterien werden zunehmend in Heimspeichern, industriellen Energiespeichersystemen und netzgekoppelten Anwendungen eingesetzt.

Kosten für Batterien im Verhältnis zur Batteriegrösse.

Die Kosten für Batterien stehen in engem Zusammenhang mit ihrer Grösse und Kapazität. Grössere Batterien haben oft niedrigere Kosten pro kWh, da Skaleneffekte bei der Produktion genutzt werden können. Die Grösse der Batterie beeinflusst direkt die Menge der benötigten Materialien wie Lithium, Nickel oder Eisenphosphat, was die Gesamtkosten beeinflusst. Hochentwickelte Technologien wie Cell-to-Pack-Designs können die Kosten senken, indem sie den Platzbedarf reduzieren und die Effizienz steigern. Stationäre Energiespeicher haben oft grössere Batterien mit niedrigeren Kosten pro kWh, während kleinere Batterien für tragbare Geräte teurer pro kWh sein können.

Geeley mit neuen LFP Batterien mit bis zu 1000 km Reichweite.

Geely hat eine neue Generation von Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP) entwickelt, die beeindruckende Eigenschaften aufweisen. Die neuen Batterien ermöglichen eine Reichweite von bis zu 1.000 Kilometern, was sie besonders attraktiv für Elektrofahrzeuge macht. Mit einer Lebensdauer von bis zu 50 Jahren und 3.500 Ladezyklen können diese Batterien eine Million Kilometer überstehen. Die Batterien können in nur 17 Minuten von 10 % auf 80 % geladen werden. Selbst bei extremen Temperaturen, wie -30 °C, behalten sie bis zu 90 % ihrer Kapazität. Die "Short Blade"-Technologie macht die Batterien feuerfest und schützt vor Kurzschlüssen.

Preisunterschied am Weltmarkt für Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP) im Vergleich zu Nickel-Mangan-Cobalt-Batterien (NMC).

Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP) sind auf dem Weltmarkt in der Regel günstiger als Nickel-Mangan-Cobalt-Batterien (NMC). Der durchschnittliche Preis für LFP-Batterien liegt weltweit bei etwa 95 USD pro kWh, während NMC-Batterien teurer sind, da sie teure Rohstoffe wie Nickel und Kobalt enthalten. LFP-Batterien verwenden Eisen und Phosphat, die reichlich verfügbar und kostengünstig sind, während NMC-Batterien auf teurere Materialien angewiesen sind. Die Preise für LFP-Batterien sind in den letzten Jahren weiter gesunken, insbesondere in China, wo sie um 51 % gefallen sind. Dies macht sie besonders attraktiv für Anwendungen wie Elektrofahrzeuge und stationäre Energiespeicher.

13:19 LMFP-Zellchemie: Mangan in LFP-Batteriezellen.

Mangan in LFP-Batteriezellen, LMFP-Zellchemie.

Was ist der Vorteil von Mangan in LFP-Batteriezellen, LMFP-Zellchemie? Mangan in Lithium-Eisenphosphat-Batteriezellen (LFP), auch bekannt als Lithium-Mangan-Eisenphosphat (LMFP), bietet mehrere Vorteile. Durch die Dotierung von LFP mit Mangan wird die Energiedichte der Batterie gesteigert. Das Spannungsplateau von LMFP-Batterien liegt bei etwa 4,1 V, im Vergleich zu 3,4 V bei herkömmlichen LFP-Batterien. Dies führt zu einer theoretischen Energiedichte, die 15–20 % höher ist. LMFP-Batterien zeigen eine bessere Leistung in kalten Umgebungen, was sie vielseitiger einsetzbar macht. Mangan ist ein kostengünstiges und reichlich verfügbares Material, was die Herstellungskosten im Vergleich zu anderen Hochleistungsbatterien senkt. Die chemische Stabilität von LMFP bleibt erhalten, was die Batterie sicher und langlebig macht. Dank der verbesserten Energiedichte und Temperaturbeständigkeit eignen sich LMFP-Batterien für Elektrofahrzeuge und stationäre Energiespeichersysteme.

Wattstunden pro Liter LMFP im Vergleich zu LFP?

Lithium-Mangan-Eisenphosphat-Batterien (LMFP) bieten eine höhere Energiedichte als herkömmliche Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP). Während LFP-Batterien typischerweise eine Energiedichte von etwa 350–400 Wh/L erreichen, können LMFP-Batterien Energiedichten von 450–500 Wh/L oder mehr erzielen2.

15:32 Golem: Neue Natriumbatterie übertrifft handelsübliche Lithiumbatterien?

Neue Natriumbatterie der Princeton University.

Eine neue Natriumbatterie, entwickelt von einem Team der Princeton University, zeigt beeindruckende Fortschritte und übertrifft handelsübliche Lithium-Ionen-Batterien in mehreren Aspekten. Die Batterie erreicht eine Energiedichte von über 600 Wh/kg, was deutlich höher ist als bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien. Natrium ist 400-mal häufiger als Lithium und fast 1.000-mal häufiger als Kobalt, was die Herstellungskosten erheblich senkt. Die Batterie kann Energie schneller aufnehmen als Lithium-Ionen-Batterien. Natrium-Batterien bieten eine hohe chemische Stabilität und sind weniger anfällig für Überhitzung.

Ist die neue Natriumbatterie mit organischem Molekülen zu teuer?

Die neue Natriumbatterie, die ein organisches Molekül wie Bis-Tetraaminobenzochinon (TAQ) verwendet, bietet viele Vorteile, darunter hohe Energiedichte und Nachhaltigkeit. Die Kosten für das organische Kathodenmaterial sind jedoch ein entscheidender Faktor. Laut Forschenden der Princeton University ist TAQ zwar technisch vielversprechend, aber die Herstellungskosten könnten höher sein als bei herkömmlichen Materialien. Die Entwicklung zielt darauf ab, die Kosten durch innovative Herstellungsverfahren und Skaleneffekte zu senken, um die Batterie für den Massenmarkt wettbewerbsfähig zu machen.

Die neue Natriumbatterie, die ein organisches Molekül wie Bis-Tetraaminobenzochinon (TAQ) verwendet, hat tatsächlich ein geringeres Gewicht im Vergleich zu herkömmlichen Batterien. Dies kann dazu führen, dass die Batterie bei gleicher Energiedichte physisch grösser wird. Allerdings hängt die Grösse der Batterie nicht nur vom Gewicht des Materials ab, sondern auch von der Energiedichte und der Effizienz des Designs. Die Herausforderung besteht darin, die Energiedichte weiter zu erhöhen, um die physische Grösse zu reduzieren, ohne die Vorteile wie Nachhaltigkeit und Kosteneffizienz zu verlieren. Fortschritte in der Materialforschung und innovativen Designs könnten helfen, dieses Problem zu lösen und die Batterie kompakter zu machen. 

19:19 Sprechen wir hier überhaupt von einer fertigen Laborzelle?

Ist die neue Natriumbatterie mit organischen Molekülen überhaupt eine fertige Zelle, ein Batterie-Pack?

Die neue Natriumbatterie mit organischen Molekülen ist derzeit noch in der Entwicklungsphase. Laut Forschenden der Princeton University handelt es sich um eine vielversprechende Technologie, die bereits als funktionierende Zelle getestet wurde. Allerdings gibt es noch Herausforderungen, wie die Anpassung der Produktionsprozesse und die Langzeitstabilität, bevor sie als kommerzielles Batterie-Pack verfügbar ist.

20:56 Was ist "Prälithiierung" bei der Fertigung von Batteriezellen?

"Prälithiierung" bei der Fertigung von Batteriezellen.

Die Prälithiierung ist ein innovatives Verfahren in der Fertigung von Batteriezellen, das darauf abzielt, die Leistung und Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien zu verbessern. Die Prälithiierung kompensiert den Verlust von aktivem Lithium, der während des Betriebs der Batterie auftreten kann, insbesondere bei Anodenmaterialien wie Silizium, die zu Volumenexpansion neigen. Eine Methode ist die thermische Bedampfung, bei der Lithium-Metall gleichmässig auf die Anodenoberfläche aufgebracht wird. Dies sorgt für eine präzise Steuerung des Lithiumgehalts. Durch die Prälithiierung können Batterien mehr Energie speichern. Sie reduziert die Auswirkungen von Volumenänderungen und verlängert die Lebensdauer der Batterie. Die Technik wird vor allem bei Siliziumanoden eingesetzt, die als vielversprechende Alternative zu Graphitanoden gelten. Die Prälithiierung ist ein technisch anspruchsvolles Verfahren, das zusätzliche Kosten in der Batteriezellfertigung verursachen kann. Die präzise Dotierung mit Lithium erfordert hochwertige Materialien, was die Materialkosten erhöht. Die Prälithiierung erfordert spezielle Ausrüstung und zusätzliche Produktionsschritte, was die Fertigungskosten steigert. Einige Methoden, wie die thermische Bedampfung, sind energieintensiv und tragen zu den Gesamtkosten bei. In der Massenproduktion können die Kosten durch Skaleneffekte gesenkt werden, aber in der Entwicklungsphase bleibt das Verfahren oft teuer.

Trotz der höheren Kosten wird die Prälithiierung zunehmend eingesetzt, da sie die Energiedichte und Lebensdauer von Batterien erheblich verbessert.

23:46 Lithium-Schwefel-Batterien für Drohnen?

Lithium-Schwefel-Batterien für Drohnen.

Wie hat sich die Lithium-Schwefel-Batterien für Drohnen weiter entwickelt? Lithium-Schwefel-Batterien (Li-S) haben sich in den letzten Jahren erheblich weiterentwickelt, insbesondere für den Einsatz in Drohnen. Prototypen erreichen mittlerweile gravimetrische Energiedichten von bis zu 470 Wh/kg, was die Reichweite und Nutzlast von Drohnen erheblich steigert. Durch innovative Designs, wie perforierte Stromkollektorfolien, konnte das Gewicht der Batterien reduziert werden, ohne die Leistung zu beeinträchtigen. Ein Hauptproblem bei Li-S-Batterien war die Gasentwicklung während des Lade- und Entladevorgangs. Neue Elektrolytdesigns und optimierte Zellarchitekturen haben dieses Problem deutlich reduziert, was die Stabilität und Sicherheit der Batterien verbessert. Projekte wie "HiPoLiS" untersuchen den Einsatz von Li-S-Batterien speziell für Drohnen, um deren Reichweite und Effizienz zu maximieren. Lithium-Schwefel-Batterien sind eine vielversprechende Technologie für Drohnen.

Wie viel Volumen hat eine Lithium-Schwefel-Batterie?

Das Volumen einer Lithium-Schwefel-Batterie hängt von ihrer spezifischen Bauweise und Kapazität ab. Typischerweise erreichen Lithium-Schwefel-Batterien eine volumetrische Energiedichte von etwa 400–500 Wh/L, wobei einige fortschrittliche Designs sogar bis zu 700 Wh/L erreichen können.

Sind Lithium-Schwefel-Batterien für die zivile Luftfahrt geeignet?

Lithium-Schwefel-Batterien (Li-S) gelten als vielversprechend für die zivile Luftfahrt, insbesondere aufgrund ihrer hohen Energiedichte und ihres geringen Gewichts. Li-S-Batterien können bis zu 50 % mehr Energie pro Kilogramm speichern als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien, was sie ideal für Anwendungen macht, bei denen Gewicht entscheidend ist. Da sie keine schweren Metalle wie Nickel oder Kobalt enthalten, sind sie leichter und somit besser für die Luftfahrt geeignet. Die Technologie ist noch nicht vollständig ausgereift. Probleme wie die begrenzte Zyklenfestigkeit und die Stabilität der Schwefelkathode müssen gelöst werden, bevor sie in grossem Massstab eingesetzt werden können. Initiativen wie das LiMeS-Projekt arbeiten daran, die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer von Li-S-Batterien speziell für die Luftfahrt zu verbessern. Es wird aber noch lange dauern, bis Li-S-Batterien eine Schlüsselrolle in der Elektrifizierung der Luftfahrt spielen.

26:20 Redox-Flow-Batterien von CmBlu auf dem Vormarsch?

Redox-Flow-Batterien.

Redox-Flow-Batterien bieten eine hohe Effizienz und Langlebigkeit. Ihre Kapazität kann durch externe Tanks skaliert werden, was sie besonders flexibel macht. Der Markt für CO2-Redox-Flow-Batterien zeigt ein enormes Wachstumspotenzial, da diese Technologie zunehmend als nachhaltige Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien betrachtet wird. Neben der Netzstabilisierung werden Redox-Flow-Batterien auch für industrielle Anwendungen und grosse Photovoltaik-Anlagen eingesetzt. Diese Batterien könnten eine Schlüsselrolle in der Energiewende spielen.

Wie steht es mit der Redox-Flow-Batterien von CmBlu?

CmBlu hat mit seinen Organic-SolidFlow-Batterien eine innovative Technologie entwickelt, die auf organischen Materialien basiert und speziell für stationäre Energiespeicher konzipiert ist. Die Batterien verwenden organische Elektrolyte, die frei von seltenen Materialien oder Konfliktrohstoffen sind und nahezu vollständig recycelbar sind. Leistung und Kapazität können unabhängig voneinander skaliert werden, was massgeschneiderte Designs für verschiedene Anwendungen ermöglicht. Die organischen Elektrolyte sind nicht brennbar oder explosiv, was einen sicheren Betrieb gewährleistet. Mit einer Lebensdauer von bis zu 20.000 Zyklen und der Möglichkeit, nur den Elektrolyt auszutauschen, sind die Batterien äusserst langlebig.

CmBlu arbeitet bereits mit Partnern wie Uniper und Burgenland Energie zusammen, um grosse Energiespeicherprojekte zu realisieren. Die CmBlu-Batterien zeichnen sich durch eine hohe Effizienz aus. Der genaue Wirkungsgrad hängt von der spezifischen Anwendung und den Betriebsbedingungen ab, wird jedoch als sehr wettbewerbsfähig angesehen, also bis 90%.

Haben die Redox-Flow-Batterien keine kritischen Rohstoffe wie Vanadium?

Der Wirkungsgrad von Redox-Flow-Batterien liegt typischerweise zwischen 65 % und 85 %, abhängig von der spezifischen Technologie und den Betriebsbedingungen. Dieser Wirkungsgrad umfasst die Effizienz der Energieumwandlung während des Ladens und Entladens sowie die Verluste durch Pumpen und andere Systemkomponenten. Obwohl der Wirkungsgrad im Vergleich zu anderen Batterietechnologien wie Lithium-Ionen-Akkus niedriger sein kann, bieten Redox-Flow-Batterien Vorteile wie eine lange Lebensdauer, Skalierbarkeit und geringe Selbstentladung. Sie sind besonders geeignet für stationäre Anwendungen wie die Speicherung von erneuerbarer Energie.

Redox-Flow-Batterien können kritische Rohstoffe wie Vanadium enthalten, da es häufig als Elektrolyt in diesen Batterien verwendet wird. Vanadium ist jedoch ein begrenztes und teures Material, was die Nachhaltigkeit und Kosten solcher Batterien beeinflussen kann. Es gibt jedoch Fortschritte in der Forschung, um alternative Materialien zu entwickeln. Beispielsweise arbeiten Wissenschaftler an organischen Redox-Flow-Batterien, die ohne Vanadium auskommen und stattdessen auf Kohlenstoff-, Stickstoff- und Sauerstoffverbindungen basieren. Andere Ansätze ersetzen Vanadium durch nachhaltigere Materialien wie Mangan, das ebenfalls vielversprechende Eigenschaften für die Energiespeicherung zeigt. Diese Entwicklungen könnten dazu beitragen, Redox-Flow-Batterien umweltfreundlicher und wirtschaftlicher zu machen.

Redox-Flow-Batterien, insbesondere Vanadium-Redox-Flow-Batterien, haben das Potenzial, für Primärregelleistung (PRL) eingesetzt zu werden. Sie bieten eine hohe Flexibilität und können schnell auf Frequenzschwankungen im Stromnetz reagieren. Studien zeigen, dass sie technisch in der Lage sind, die Anforderungen an PRL zu erfüllen, insbesondere durch ihre Fähigkeit, Leistung und Kapazität unabhängig voneinander zu skalieren.

28:18 Haben die Redox-Flow-Batterien genug Leistung für Primärregelleistung?

Redox-Flow-Batterien für Primärregelleistung (PRL).

Redox-Flow-Batterien können für Primärregelleistung (PRL) eingesetzt werden, da sie in der Lage sind, Leistungen im Megawattbereich zu liefern. Besonders Vanadium-Redox-Flow-Batterien haben sich als geeignet für netzdienliche Anwendungen wie PRL erwiesen. Ihre Fähigkeit, schnell Energie bereitzustellen und ihre lange Lebensdauer machen sie zu einer vielversprechenden Option für diese Art von Energiemanagement.

Weltweit grösste Redox-Flow-Batterie in der Schweiz.

Redox-Flow-Batterien gewinnen zunehmend an Bedeutung, insbesondere in der Energiespeicherbranche. In der Schweiz wird die weltweit grösste Redox-Flow-Batterie gebaut, um das europäische Stromnetz zu stabilisieren und überschüssige erneuerbare Energie zu speichern. Das Projekt wird von der Firma Flexbase am Stern von Laufenburg, einem bedeutenden Netzknotenpunkt, realisiert. Diese Batterie wird eine Leistung von 500 Megawatt (MW) und eine Kapazität von mindestens 1,2 Gigawattstunden (GWh) haben. Der Standort am Stern von Laufenburg ist ideal, da hier 41 Grenzleitungen zusammenkommen, was eine optimale Verteilung des gespeicherten Stroms ermöglicht. Die Redox-Flow-Technologie speichert Energie in zwei flüssigen Elektrolyten, die in großen Tanks gelagert werden. Diese Technologie bietet Vorteile wie eine hohe Lebensdauer und geringe Brandgefahr im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien. Der Baustart für dieses Projekt ist für Anfang 2025 geplant, und die Batterie soll 2028 an das Stromnetz angeschlossen werden. Diese Anlage wird nicht nur zur Stabilisierung des europäischen Stromnetzes beitragen, sondern auch ein angrenzendes Rechenzentrum mit Energie versorgen.

29:20 Die Zukunft der Blei-Säure-Batterie

Blei-Säure-Batterien.

Die Zukunft der Blei-Säure-Batterie ist ein spannendes Thema, da diese Technologie trotz ihres Alters weiterhin relevant bleibt. Blei-Säure-Batterien haben eine der höchsten Recyclingraten unter allen Batterietypen, mit fast 99 % wiederverwendbaren Materialien. Dies macht sie zu einer umweltfreundlichen Option, insbesondere in einer Zeit, in der Nachhaltigkeit immer wichtiger wird. Neue Entwicklungen wie AGM-Batterien (Absorbent Glass Mat) und EFB-Batterien (Enhanced Flooded Battery) verbessern die Zyklenfestigkeit und Leistungsfähigkeit. Diese Innovationen machen Blei-Säure-Batterien wettbewerbsfähiger, insbesondere in Anwendungen wie Start-Stopp-Systemen in Fahrzeugen. Blei-Säure-Batterien bleiben unverzichtbar für bestimmte Anwendungen, wie z. B. in der Automobilindustrie, bei stationären Energiespeichern und in industriellen Anwendungen. Trotz ihrer Vorteile haben Blei-Säure-Batterien Einschränkungen wie eine geringere Energiedichte im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien. Die Forschung konzentriert sich darauf, diese Schwächen zu minimieren.

31:30 Leere Blei-Batterien bei E-Autos

Wie gross ist der Markt für Blei-Batterien bei E-Autos?

Der Markt für Blei-Säure-Batterien in Elektroautos ist relativ klein im Vergleich zu anderen Batterietechnologien wie Lithium-Ionen-Batterien. Blei-Säure-Batterien werden hauptsächlich in konventionellen Fahrzeugen für Starter-, Beleuchtungs- und Zündsysteme verwendet. Die Marktgrösse für Blei-Säure-Batterien wird im Jahr 2024 auf etwa 47,29 Milliarden US-Dollar geschätzt und soll bis 2029 auf 58,65 Milliarden US-Dollar anwachsen. Allerdings wird erwartet, dass der Marktanteil von Blei-Säure-Batterien in Elektroautos aufgrund der zunehmenden Verbreitung von Lithium-Ionen-Batterien und anderen fortschrittlichen Batterietechnologien weiter abnehmen wird.

Lithium-Ionen-Batterien sind die bevorzugte Wahl für Elektrofahrzeuge, da sie eine höhere Energiedichte und längere Lebensdauer bieten. Dennoch gibt es weiterhin Anwendungen für Blei-Säure-Batterien, insbesondere in Hybridfahrzeugen und als sekundäre Batterien für bestimmte Funktionen.

Kann man bei E-Autos auf Blei-Batterien verzichten?

Es ist möglich, bei Elektroautos auf Blei-Säure-Batterien zu verzichten, und viele moderne Elektrofahrzeuge tun dies bereits. Blei-Säure-Batterien werden traditionell in Fahrzeugen für das Bordnetz und als Starterbatterien verwendet. In Elektroautos übernehmen jedoch zunehmend Lithium-Ionen-Batterien diese Aufgaben, da sie eine höhere Energiedichte, längere Lebensdauer und bessere Effizienz bieten. Aber auch Lithium-Eisenphosphat-Batterien und künftig auch Natrium-Ionen-Batterien finden Verwendung.

Warum auf Blei-Säure-Batterien verzichten?

Blei-Säure-Batterien sind schwerer und weniger effizient als moderne Alternativen, was die Reichweite und Leistung von Elektroautos beeinträchtigen kann. Umweltaspekte: Die Herstellung und Entsorgung von Blei-Säure-Batterien ist umweltschädlicher im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien. Während Blei-Säure-Batterien in einigen Elektroautos noch als Backup-Batterien verwendet werden, geht der Trend klar in Richtung modernerer und effizienterer Batterietechnologien. Der Verzicht auf Blei-Säure-Batterien kann die Leistung und Nachhaltigkeit von Elektrofahrzeugen verbessern. 

32:30 CATL's Natrium-Ionen-Batterien als Starterbattterien für Autos

Natrium-Ionen-Batterien als Starterbattterien.

Die Natrium-Ionen-Batterien von CATL (Contemporary Amperex Technology Co. Limited) bieten eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Blei-Säure-Batterien und Lithium-Ionen-Batterien in Fahrzeugen. CATL hat begonnen, Natrium-Ionen-Batterien als Starterbatterien in Autos zu testen. Diese Batterien bieten eine hohe Be- und Entladeeffizienz, die für die Anforderungen beim Starten eines Fahrzeugs notwendig ist. Zudem sind sie in der Lage, ihre Kapazität auch bei Temperaturen von -20 bis +60 Grad Celsius zu halten. Während die Energiedichte von Natrium-Ionen-Batterien derzeit noch hinter der von Lithium-Ionen-Batterien zurückbleibt, arbeitet CATL kontinuierlich an Verbesserungen. Die zweite Generation dieser Batterien soll eine höhere Energiedichte und verbesserte Leistung bieten.


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