Fahroni (YAYMicro)
Elektrofahrzeuge (EVs) bestimmen zunehmend den Automobilmarkt. Zwei Hersteller dominierten in den vergangenen Jahren das Feld: Tesla in Europa und Nordamerika, und BYD in China. Doch über die genauen Eigenschaften ihrer Batterien gibt es nur wenige öffentlich zugängliche Daten. Eine Forschungsgruppe der RWTH Aachen hat nun beide Zelltypen detailliert untersucht, um ihre Bauweise, Materialien und Leistungsfähigkeit zu vergleichen.
Die Ergebnisse der Studie, veröffentlicht am 6. März in der Fachzeitschrift Cell Reports Physical Science, zeigen deutliche Unterschiede zwischen den beiden Batterien. Während Tesla bei seiner 4680-Zelle auf eine hohe Energiedichte und Leistung setzt, priorisiert BYD bei der Blade-Zelle eine kompakte Bauweise und kosteneffiziente Materialien. Besonders bemerkenswert: Die BYD-Zelle ermöglicht ein einfacheres Wärmemanagement, was zu einer insgesamt höheren Effizienz führt.
Inhaltsverzeichnis
Aufbau und Design: Zwei verschiedene Ansätze
„Es gibt nur sehr wenige detaillierte Daten und Analysen zu modernen Batterien für Automobilanwendungen“, erklärt Jonas Gorsch, Hauptautor der Studie und Experte für Produktionstechnik an der RWTH Aachen. Um dieses Wissensdefizit zu reduzieren, hat das Forschungsteam die Batterien beider Hersteller zerlegt und deren Konstruktionsprinzipien untersucht.
Beide Batterien verfolgen einen unterschiedlichen Designansatz. Teslas 4680-Zelle ist eine zylindrische Batterie mit einer tabless-Konstruktion, die eine verbesserte Stromführung und eine geringere Wärmeentwicklung verspricht. Die BYD-Blade-Zelle hingegen ist prismatisch und zeichnet sich durch eine besonders platzsparende Bauweise aus. Ihre Form ermöglicht eine effizientere Nutzung des verfügbaren Raums im Batteriepaket.
Die Forschenden analysierten zudem:
- Mechanische Struktur und Abmessungen
- Materialzusammensetzung der Elektroden
- Elektrische und thermische Leistung
- Montageverfahren und Materialkosten
Ein unerwartetes Ergebnis war, dass keine der untersuchten Batterien Silizium in der Anode enthielt. „Wir waren überrascht, dass Teslas Zelle keinen Siliziumgehalt aufweist, obwohl Silizium als Schlüsselmaterial zur Steigerung der Energiedichte gilt“, sagt Gorsch. Silizium wird in der Batterieforschung oft als Additiv in der Anode verwendet, da es die Energiedichte signifikant erhöhen kann. Offenbar setzen sowohl Tesla als auch BYD stattdessen auf bewährte Graphit-Anoden.
Ladegeschwindigkeit und Effizienz im Vergleich
Ein weiterer wichtiger Aspekt der Untersuchung war die Lade- und Entladegeschwindigkeit der Batterien. Die Geschwindigkeit, mit der eine Batterie Energie aufnimmt oder abgibt, hängt stark von der Zellchemie und der internen Struktur ab. Hierbei ergaben sich signifikante Unterschiede zwischen den beiden Konzepten.
Während Teslas 4680-Zelle auf eine hohe Energiedichte ausgelegt ist und eine schnellere Leistungsabgabe ermöglicht, zeichnet sich die BYD-Blade-Zelle durch eine ausgeglichene Energieverteilung und eine optimierte Wärmeableitung aus. Besonders auffällig: Die BYD-Zelle nutzt eine spezielle Methode zur Stabilisierung der Elektroden. Hier kommt ein gestapeltes Elektroden-Design mit einem innovativen Laminierungsprozess zum Einsatz, bei dem die Separator-Kanten versiegelt werden. Tesla hingegen verwendet ein neuartiges Bindemittel, um die aktiven Materialien in den Elektroden zusammenzuhalten.
Durch die optimierte Wärmeregulierung kann die BYD-Blade-Zelle länger mit hoher Leistung arbeiten, ohne dass es zu thermischen Problemen kommt. Dies ist besonders vorteilhaft für die Lebensdauer und Sicherheit der Batterie. Tesla setzt hingegen auf eine höhere Leistungsdichte, die sich in einer höheren spezifischen Energie pro Kilogramm äußert. Dies bedeutet, dass ein Fahrzeug mit Tesla-Batterie auf dem Papier eine höhere Reichweite haben kann – allerdings unter der Voraussetzung, dass das Wärmemanagement entsprechend optimiert ist.
Fertigungstechnologien und Materialeinsatz
Neben der Zellchemie und Struktur analysierten die Forschenden auch die eingesetzten Fertigungstechnologien. Hier zeigten sich einige Gemeinsamkeiten zwischen den beiden Herstellern. Beide Batterien nutzen Laserschweißen zur Verbindung der Elektrodenfolien – eine Technologie, die sich von der in der Branche weit verbreiteten Ultraschallschweißtechnik unterscheidet. Dies könnte auf eine höhere Präzision und Effizienz des Laserschweißverfahrens hinweisen.
Interessant ist auch der Materialeinsatz. Während Tesla hochwertige und kostspieligere Materialien verwendet, setzt BYD auf kosteneffizientere Alternativen. Dies hat direkte Auswirkungen auf die Produktionskosten und damit auf den Endpreis der Batterien. Die BYD-Blade-Zelle kann durch die einfachere Bauweise günstiger produziert werden, was sich positiv auf die Wirtschaftlichkeit von Elektrofahrzeugen mit dieser Batterie auswirkt.
Bedeutung der Ergebnisse
Die Studie zeigt, dass Tesla und BYD mit ihren Batterien zwei völlig unterschiedliche Wege verfolgen, um die Leistungsfähigkeit ihrer Elektrofahrzeuge zu optimieren. Tesla fokussiert sich auf eine hohe Energiedichte und Spitzenleistung, während BYD ein effizienteres Wärmemanagement und eine platzsparende Bauweise bevorzugt. Beide Ansätze haben ihre Vorteile, je nachdem, welche Prioritäten ein Fahrzeughersteller setzt.
„Die Ergebnisse bieten sowohl der Forschung als auch der Industrie einen Maßstab für großformatige Zelldesigns und dienen als Grundlage für weitere Zellanalysen und -optimierungen“, sagt Gorsch. Künftige Untersuchungen sollen zeigen, wie sich diese Designentscheidungen auf die Langzeithaltbarkeit der Zellen auswirken. Besonders interessant wird die Frage sein, wie sich die verschiedenen Zellformate in der Praxis auf die Lebensdauer und Leistung der Elektrofahrzeuge auswirken.
Ein Beitrag von:
