Tesla: Neue Batterie soll 100 Jahre durchhalten

Längere Akkulaufzeiten bei geringeren Preisen. Ein Ziel, an dem unter anderem der amerikanische Elektroauto-Pionier Tesla sehr interessiert ist. Jeff Dahn, ein Professor der Dalhouse University und schon seit 2016 ein Forschungspartner von Tesla, und sein Team haben mit ihren Forschungen das Ziel anscheinend einen Schritt nähergebracht.

Denn laut ihrem neuen Research Paper könnten Batterien unter bestimmten Bedingungen bis zu 100 Jahren halten.

Tesla forscht zur Akku-Optimierung

Für Jeff Dahn ist der Forschungsbereich von Akkus nichts neues. Bereits seit ihrer Erfindung beschäftigt er sich mit Lithium-Ionen-Batterien. Daher berät er Tesla bei der Akku-Entwicklung und forscht zur Optimierung der Batterien.

Bislang setzt Tesla sogenannte Lithium-Eisenphosphat (kurz LFP) Akkus ein. Die LFP Chemie besitzt zwar eine niedrigere Energiedichte als andere Lithium-Ionen Alternativen, ist aber länger haltbar und stabiler sowie günstiger, da sie kein teures Kobalt enthalten.

Die neuen von Dahns Team entwickelten Batterien mit Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (kurz NMC) könnten die LPF-Batterien womöglich in Zukunft ersetzen oder ergänzen.

Neue Batterien können hohe Temperaturen für längere Zeit aushalten

Doch was ist bei den NMC-Batterien anders und welche Faktoren spielen in die Lebensdauer der Akkus mit hinein?

Zum einen bringt die Nickel-Basis laut des Forschungsberichtes eine höhere Energiedichte mit sich. Des Weiteren handelt es sich bei den NMC-Kathoden um Schichtoxide, bei denen sich das Lithium in den Zwischenräumen der Metalloxide befindet. Das Ganze ist stabil, so lange während dem Ladevorgang, bei dem Lithium entfernt wird, weiterhin genug Lithium verbleibt. Erreicht wird das durch eine geringere Ladespannung von 3,8 Volt statt den üblichen 4,2 Volt.

Diese Ladespannung ermöglicht es auch, weniger Graphit für die Anode zu verwenden. Dadurch gibt es weniger Möglichkeiten für Nebenreaktionen, in denen Lithium verloren geht. Zudem besteht der Elektrolyt, also das Bestandteil, dass den Transport der Lithiumionen ermöglicht, aus Lithium Bis(fluorosulfonyl)imide, auch genannt LiFSI. Das ist bekannt für eine höhere thermische Stabilität.

Akkus, die fast ein Jahrhundert halten – unter bestimmten Bedingungen

Damit die NMC-Batterien tatsächlich eine Lebensdauer von 100 Jahren erreichen können, müssen allerdings dann doch ein paar äußerliche Faktoren erfüllt sein. Einer der wichtigsten ist dabei die Temperatur bei der Lagerung und beim Betrieb. Akkus halten bei höheren Temperaturen nicht so lang wie bei Zimmertemperatur oder darunter.

NMC-Akkus halten also bei 3,8V und ungefähr 25°C fast ein Jahrhundert. In Gebieten mit tropischem Klima wäre die Laufzeit natürlich eine andere.

Greentech Forschung: Geringerer Kapazitätsabfall und höherer Energiedichte

Dennoch sind sie aufgrund von geringerem Kapazitätsabfall und höherer Energiedichte länger haltbar als LFPs. Die halten, wenn sie täglich ge- und entladen werden, bei ca. 20°C nämlich „nur“ 30 Jahre.

Relevant werden die NMC-Batterien in der Praxis demnach für stationäre Speicher und in Regionen mit höheren Temperaturen, da sie deutlich Hitzeresistenter sind.

Wie und ob die neuen Akkus schlussendlich zum Einsatz kommen, steht noch offen, aber eins haben die neuen Entwicklungen auf jeden Fall gezeigt: am Ende angekommen ist man in der Akkuforschung und -Optimierung wohl längst nicht.