E-Mobilität 17.08.2023, 14:36 Uhr

Schneller China-Akku: 400 Kilometer Reichweite in 10 Minuten tanken

Eine neuartige Lithium-Eisenphosphat-Batterie des chinesischen Herstellers CATL soll bereits im nächsten Jahr auf den Markt kommen und eine Gesamtreichweite von 700 Kilometern haben. Nach Unternehmensangaben kann in zehn Minuten Strom für 400 Kilometer aufgeladen werden.

E-Auto betanken

Lassen sich E-Autos künftig wesentlich schneller "betanken"?

Foto: Panthermedia.net/macor

Ob die neue Batterie wirklich eine neue Ära einläutet, wie der chinesische Hersteller CATL bei der Vorstellung der „Shenxing“-Zelle verkündete, bleibt abzuwarten, denn schließlich stehen die Feststoffbatterien in den Startlöchern. Die neuartige Batterie für Elektroautos ist aber auf jeden Fall eine Meldung wert, denn sie übertrifft die bisher verfügbaren Akkus in einigen Punkten. So wird eine Gesamtreichweite von 700 Kilometern angegeben, 400 Kilometer sollen in zehn Minuten aufgeladen sein. Das ist auf jeden Fall besser als bei Tesla und seinen Superchargern. Das Model 3 lädt in 15 Minuten nur 275 Kilometer Reichweite.

Massenproduktion der Lithium-Eisenphosphat-Zelle soll in diesem Jahr beginnen

Anders als die Festkörperbatterien, in die große Hoffnungen gesetzt werden, steht der Shenxing-Akku bereits in den Startlöchern. Der chinesische Hersteller möchte noch in diesem Jahr mit der Massenproduktion der Lithium-Eisenphosphat-Zellen beginnen, ab dem ersten Quartal 2024 sollen dann die ersten E-Autos mit den neuartigen Batterien unterwegs sein. Im Dezember vergangenen Jahres startete CATL in Thüringen seine erste Produktion außerhalb Chinas.

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Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP) gehören zur Familie der Lithium-Ionen-Batterien. Der wesentliche Unterschied zwischen LFP-Batterien und den bisher hauptsächlich verwendeten Lithium-Ionen-Batterien liegt in der Zusammensetzung der positiven Elektrode. Bei LFP-Batterien besteht diese Elektrode aus Eisenphosphat, während sie bei den meisten anderen Lithium-Ionen-Batterien hauptsächlich aus Kobaltoxid besteht. Dieser Unterschied in der Materialzusammensetzung wirkt sich auf verschiedene Eigenschaften der Batterien aus, einschließlich ihrer Sicherheit, Lebensdauer und Energiedichte.

Das sind die Vorteile von LFP-Akkus

LFP-Batterien bieten eine Reihe von Vorteilen, die sie zu einer attraktiven Alternative zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien machen. Ein Vorteil ist das Preis-Leistungs-Verhältnis: LFP-Batterien bieten eine für viele Anwendungen geeignete Speicherkapazität und sind dennoch kostengünstiger. Das liegt vor allem daran, dass bei ihrer Herstellung auf die teuren Schwermetalle Nickel (N), Mangan (M) und Kobalt (C) verzichtet wird. Diese Elemente sind für die Herstellung von NMC-Zellen (Nickel-Mangan-Kobalt) essentiell, die nun zunehmend durch LFP-Zellen ersetzt werden.

LFP-Akkus sind durch den Verzicht auf die hochgiftigen Schmermetalle auch eine ökologisch vorteilhafte Energiequelle. Dies ist insbesondere relevant, da Kobalt häufig unter fragwürdigen Bedingungen abgebaut wird, die Mensch und Umwelt erheblich belasten können. Zudem sind nahezu alle Metalle in einem LFP-Akku sowie ein Großteil der Elektrodenmaterialien recycelbar, was zur Schonung von Ressourcen beiträgt.

Neben diesen Umweltvorteilen zeichnen sich LFP-Akkus durch ihre technischen Eigenschaften aus. Sie bieten einen hohen und stabilen Stromfluss, wodurch sie sich besonders für Anwendungen eignen, die einen hohen Maximalbedarf und Leistungsspitzen erfordern. Dies macht LFP-Akkus zu einer verlässlichen Energiequelle –  nicht nur für E-Autos.

Ein weiterer Vorteil von LFP-Akkus ist ihre lange Lebensdauer. Diese Akkus sind darauf ausgelegt, 10 bis 20 Jahre lang zuverlässig zu funktionieren. Langzeittests unterstützen diese Angaben: Ein Beispiel zeigt, dass ein LFP-Akku nach 28.000 Ladezyklen noch immer 65 Prozent seiner ursprünglichen Kapazität aufwies, was seine Langlebigkeit und Beständigkeit unterstreicht. Nicht zuletzt sind die LFP-Elektroden feuerfest. Es ist daher deutlich unwahrscheinlicher, dass E-Autos sich selbst entzünden, wie bereits häufig geschehen.

Das macht die LFP-Batterien von CATL aus

Der chinesische Hersteller CATL hat in einer Presseerklärung einige wichtige Eckpunkte der neuen Shenxing-Batterien vorgestellt. Nach Angaben des Unternehmens nutzen die weiterentwickelten LFP-Batterien modernste Innovationen in der Kathodentechnologie, um die Leistung von Elektrofahrzeugbatterien deutlich zu steigern. Hier die vom Hersteller genannten Vorteile dieser Batterie im Detail:

Beschleunigte Lithium-Ionen-Extraktion:

Shenxing verwendet vollständig nanokristallisiertes LFP-Kathodenmaterial in Kombination mit einer superelektronischen Netzwerktechnologie. Dies erleichtert die Extraktion von Lithium-Ionen und ermöglicht eine schnelle Reaktion auf Ladesignale.

 Optimierte Speicherung von Lithium-Ionen:

Durch den Einsatz der zweiten Generation der schnellen Ionenringtechnologie von CATL werden die Eigenschaften der Graphitoberfläche modifiziert. Dadurch werden die Einlagerungskanäle vergrößert und die Einlagerungsstrecke für Lithium-Ionen verkürzt, was eine extrem schnelle Stromleitung ermöglicht. Ein mehrstufiges Elektrodendesign trägt dazu bei, ein optimales Gleichgewicht zwischen schnellem Laden und hoher Reichweite zu erreichen.

Reduzierter Widerstand der Lithium-Ionen-Bewegung:

CATL hat eine neue Formel für supraleitende Elektrolyte entwickelt, die die Viskosität des Elektrolyten deutlich reduziert und damit die Leitfähigkeit verbessert. Die Weiterentwicklung der extrem dünnen SEI-Folie trägt dazu bei, den Widerstand der Lithium-Ionen-Bewegung zu reduzieren.

Verbesserte Lithium-Ionen-Übertragungsrate:

CATL hat den Separator so optimiert, dass er bei hoher Porosität einen geringen Widerstand für die Lithium-Ionen-Übertragung bietet und die durchschnittliche Übertragungsstrecke verkürzt

Verbesserte Gesamtleistung:

Durch strukturelle Innovationen und intelligente Algorithmen ermöglicht Shenxing eine Reichweite von über 700 Kilometern, schnelles Aufladen in einem breiten Temperaturbereich, heißt unterschiedlichen Außentemperature und ein hohes Maß an Sicherheit.

Laden bei niedrigen Temperaturen:

Shenxing kann bei Raumtemperatur innerhalb von 10 Minuten auf 80 Prozent des Ladezustands (SOC) aufgeladen werden. CATL verwendet eine Technologie zur Steuerung der Zelltemperatur, die eine Aufladung von 0 auf 80 Prozent in nur 30 Minuten bei Temperaturen von bis zu -10 Grad Celsius ermöglicht, ohne die Beschleunigungsleistung zu beeinträchtigen.

Höchste Sicherheitsstandards:

Der verbesserte Elektrolyt und ein sicher beschichteter Separator sorgen für einen doppelten Schutz der Shenxing-Batterie. Mit intelligenten Algorithmen zur Regelung des Temperaturfeldes innerhalb der Zellen hat CATL ein Echtzeit-Fehlerprüfsystem entwickelt. Das System ist in der Lage, Probleme zu erkennen und zu beheben, die durch schnelles Laden entstehen könnten, und gewährleistet so die Sicherheit der Shenxing-Batterie.

Was bleibt hängen?

Nachdem wir im vorigen Kapitel, den Hersteller CATL haben sprechen lassen, hier noch einmal abschließend die wichtigsten Punkte, die bei der Vorstellung der Batterie hängengeblieben sind:

  1. Ladezeit:

Eine Ladezeit von nur zehn Minuten für eine Reichweite von 400 Kilometern wäre ein großer Fortschritt. Das würde die Akzeptanz von Elektroautos deutlich erhöhen, denn eine der größten Hürden für viele Menschen ist die lange Ladezeit. Wenn Elektroautos genauso schnell „betankt“ werden könnten wie herkömmliche Autos, könnte dies einen Wendepunkt darstellen.

  1. Reichweite:

Eine Reichweite von 700 km pro Ladung sicherlich ein Fortschritt zu den meisten derzeit existierenden E-Autos. Das wäre vergleichbar oder sogar besser als die Reichweite vieler benzinbetriebener Autos. Eine solche Reichweite könnte die „Reichweitenangst“, die viele potenzielle Käufer von Elektroautos abschreckt, deutlich verringern.

  1. Lithium-Eisenphosphat-Technologie:

Wie bereits geschrieben, sind LFP- Batterien im Allgemeinen sicherer und langlebiger als ihre Lithium-Ionen-Pendants. Für die Herstellung braucht es keine seltenen und giftigen Metalle wie Kobald, Mangan oder Nickel. Fast alle verwendeten Metalle lassen sich recyceln.

Da CATL bereits in Thüringen eine Produktionsstätte besitzt, besteht durchaus die Chance, dass auch deutsche Automobilhersteller einfacher an die neuen Batterien kommen werden. Es könnte sich dadurch in nächster Zeit einiges auf dem Batteriemarkt verändern. Interessant wird es auch zu schauen, wie Tesla und andere Batteriehersteller auf diese Entwicklung reagieren.

Ein Beitrag von:

  • Dominik Hochwarth

    Redakteur beim VDI Verlag. Nach dem Studium absolvierte er eine Ausbildung zum Online-Redakteur, es folgten ein Volontariat und jeweils 10 Jahre als Webtexter für eine Internetagentur und einen Onlineshop. Seit September 2022 schreibt er für ingenieur.de.

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