Feststoffbatterie-Energiedichte von 500 Wh/kg erreicht: Günstiger Hybrid-Li-Mn-Akku ermöglicht 800km Reichweite im FAW-Elektroauto
Festkörper-Elektrolyte sind in Chinas neuem Fünfjahresplan zur neuen Priorität in der Entwicklung von E-Auto-Batterien erklärt worden. Nun wurde das erste Standardisierungs- und Klassifizierungssystem für Festkörperbatterien entworfen, das im Juli offiziell in Kraft treten soll. Darin werden Feststoffbatterien je nach Flüssigkeitsanteil in ihrem Elektrolyt kategorisiert.
Batterien mit einem Anteil von 95 % festem Elektrolyt werden als Hybrid-Fest-Flüssig-Batterien bezeichnet. CATL und andere Hersteller sehen in der Hybrid-Technologie die ideale Brücke zur reinen Festkörperbatterie. Letztere ist derzeit noch teuer und weniger langlebig. Ein entscheidender Vorteil der Hybride: Sie lassen sich auf bestehenden Produktionslinien für Flüssigelektrolyt-Batterien fertigen.
Hybrid-Elektrolyt-Batterie erreicht Energiedichte von Feststoffbatterien
Die neueste Entwicklung bei Hybrid-Fest-Flüssig-Batterien bestätigt die Behauptungen von CATL. So wurde ein 142-kWh-Akkupack in einer Limousine der FAW-Gruppe verbaut – an der Stelle, an der zuvor eine LiFePO4-Batterie mit etwa der halben Kapazität saß. Die neue Hybrid-Fest-Flüssig-Batterie verwendet Mangan für die Kathode anstelle des teuren Nickels und erreicht eine Energiedichte von 500 Wh/kg. Zur Erinnerung: Das ist doppelt so viel, wie moderne LFP-Batterien bieten, und entspricht dem theoretischen Limit der ersten Generation von reinen Festkörperbatterien, die Toyota unter großem Trubel für das Jahr 2028 angekündigt hat.
Die Lithium-Mangan-Batterie mit fest-flüssigem Elektrolyt wurde von FAW (VWs Partner in China) und Wissenschaftlern der Nankai-Universität gemeinsam entwickelt. Im Vergleich zu bestehenden Batterien mit Semi-Solid-Elektrolyt, wie dem 150-kWh-Paket, das NIO für Langstrecken vermietet, da es für den Verkauf mit dem Auto zu teuer ist, wurde ein anderer Forschungsansatz gewählt. NIO leistete Pionierarbeit mit dieser Technologie in seinen Limousinen, die mit einer Ladung der Hybrid-Batterie nun mehr als 1.050 km zurücklegen.
Durch den Austausch von teurem Nickel gegen Mangan gelang es den Forschern, die Kosten des Hybrid-Pakets zu senken und gleichzeitig eine Energiedichte zu erreichen, die der einer Festkörperbatterie entspricht. „Die Batterie nutzt eine Technologie mit in-situ-ausgehärteten Verbundelektrolyten, die eine hohe Ionenleitfähigkeit, ein breites elektrochemisches Fenster, starke Grenzflächenkompatibilität, Flammwidrigkeit sowie Kostenvorteile bietet“, heißt es in dem Bericht. Die Anode wurde ebenfalls in-situ geformt, um die Lebensdauer und Sicherheit der Batterie zu erhöhen. Die Lithium-Mangan-Kathode bietet eine Energiedichte von 300 mAh/g und übertrifft damit selbst die besten LFP-Zellen um den Faktor zwei.
Die Reichweitentests in den Prototyp-Fahrzeugen von FAW werden voraussichtlich mehr als 1.000 Kilometer pro Ladung ergeben. Dies basiert jedoch auf dem großzügigeren lokalen CLTC-Standard. Bei einer durchschnittlichen Effizienz von etwa 18,6 kWh pro 100 km wird erwartet, dass die Hybrid-Batterie in EPA-Schätzungen eine Reichweite von etwa 800 km erreicht. Die nächste Iteration, die das Team vorbereitet, ist ein 200-kWh-Paket, das eine Reichweite von fast 1.120 km bieten wird – und das erneut bei kompakter Bauweise.
