Bekanntlich ist die Batterie das Herzstück jedes Elektroautos. Sowohl ein Dacia Spring als auch ein Porsche Taycan werden auf den ersten Blick vom selben Prinzip und Bauteil angetrieben und geladen, doch die Unterschiede in Sachen Zusammensetzung, Leistung und letztendlich Kosten sind enorm.
Welche grossen Kategorien an Batterien gibt es? Und was verbirgt sich eigentlich hinter den Bezeichnungen NCA, NMC, LFP, LMFP oder LFMP, die manchmal ganz klein auf den Datenblättern zu finden sind? Wir erklären dir alles.
Vorausgeschickt sei, dass die meisten Batterien auf dem Markt heute in eine von zwei grossen Kategorien fallen: mit Kobalt oder ohne. Innerhalb dieser beiden Kategorien gibt es unterschiedliche chemische Zusammensetzungen mit den oben schon genannten kryptischen Bezeichnungen.
Warum eigentlich Kobalt? Dieses Material ist Teil der Kathode (positiven Elektrode), und sein Vorteil liegt in der optimalen Energiedichte (also einer hohen kWh-Zahl pro Kilogramm Batterie) und der besonders präzisen Messung des Ladezustands (SOC) und Gesamtzustands (SOH) der Batterie durch das Batteriemanagementsystem (BMS).
In der Kategorie der Lithium-Ionen-Batterien hat es schon immer zwei chemische Zusammensetzungen gegeben: NCA (Nickel-Kobalt-Aluminium) und NMC (Nickel-Mangan-Kobalt). Beide sind dafür bekannt, starken Belastungen in Form von erhöhten Betriebstemperaturen standzuhalten. Aus diesem Grund kommen sie in Elektrofahrzeugen mit sportlichem und leistungsorientiertem Fokus zum Einsatz. Doch trotz der Leistungsstärke von NCA- und NMC-Batterien muss man für eine lange Lebensdauer sparsam damit umgehen, indem man zu häufiges Laden an Schnell- oder Ultraschnellladesäulen vermeidet und das Laden im Alltag auf 80-90 % der Kapazität beschränkt.
Im Übrigen wirft die Nutzung von Kobalt problematische Fragen auf: ethische Fragen angesichts der katastrophalen Arbeitsbedingungen in einigen Minen im Kongo und wirtschaftliche Fragen aufgrund der sehr hohen Kosten des Minerals. Deshalb geht der Trend bei den Batterieherstellern dahin, auf Kobalt zu verzichten und alternative Technologien zu entwickeln, die weniger oder gar kein Kobalt mehr verwenden.
In den letzten Jahren sind Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien (LFP) aufgekommen, die komplett frei von Kobalt sind. Gemäss Schätzungen des Autoherstellers Ford sinken damit die Batteriekosten pro Kilowattstunde um 30 bis 40 % gegenüber NC- und NMC-Batterien. Kürzlich hat das Unternehmen die Einführung von Elektroversionen der Modelle Mustang Mach-E und F-150 Lightning bekannt gegeben, die mit LFP-Batterien ausgestattet sein werden.
Neben diesen wirtschaftlichen Vorteilen unterstützen LFP-Batterien auch noch mehr Lade-/Entladezyklen als NCA- und NMC-Batterien und zeichnen sich somit durch eine längere Lebensdauer aus. Ausserdem können sie leichter im Alltag auf 100 % ihrer Kapazität geladen werden, was für die Genauigkeit der BMS-Messungen bei diesem Batterietyp unabdingbar ist. Nicht zuletzt weisen sie ein noch geringeres Entzündungsrisiko auf als Kobalt-Batterien, bieten also noch mehr Sicherheit.
Aber es gibt ja immer zwei Seiten einer Medaille, und LFP-Batterien bilden da keine Ausnahme. Mit einer geringeren Energiedichte als Kobalt-Batterien sind LFP-Batterien bei gleicher Energie schwerer, was sich am Steuer unweigerlich durch eine sinkende Leistung oder gar einen höheren Verbrauch bemerkbar machen könnte. Deshalb sind LFP-Batterien auch eher in Einstiegsmodellen zu finden, die eine geringere Reichweite haben und eher auf eine «gewissenhafte» Nutzung abzielen, statt neue Rekorde in Sachen Null auf 100 einzufahren. Allerdings haben es LFP-Batterien nicht so gerne kalt, weshalb ihre Leistung im Winter abnimmt: Man muss hier aber relativieren, denn immer mehr Modelle sind mit Batterievorwärmsystemen ausgestattet, um die Entlade- und Ladeleistung konstant zu halten.
NMC-, NCA- und LFP-Batterien sind fast im gesamten aktuellen Bestand an Elektrofahrzeugen vertreten. Doch die Branche ist ständig in Bewegung und erzielt rasante technische Fortschritte: LFP-Batterien entwickeln sich weiter und enthalten in der nächsten Generation Mangan (heissen dann also LMFP- oder LFMP-Batterien), wodurch sich ihre Energiedichte zu niedrigeren Kosten verbessert.
Ausserdem kommen 2023 ganz neue Batteriearten auf den Markt, nämlich Festkörper-, Halbfest- und Natriumbatterien, die ohne Lithium auskommen. Aber dazu mehr im nächsten Beitrag.
