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Kompromisse für die kompromisslose Preissenkung bei den Akkus

Ein Grund für sinkende Produktionskosten in der Massenfertigung ist universal, nicht nur bei der Akkuherstellung. Er nennt sich Skaleneffekt. Eine zweite Fabrik zur Akkuherstellung zu bauen, ist immer billiger als die erste. Zehn identische Maschinen zu bestellen ist billiger, als nur eine Sonderfertigung in Auftrag zu geben. Wer zehn identische Maschinen betreibt, kennt sie besser und kann sie besser betreiben als jemand, der nur eine betreibt.

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In jeder Anlage gibt es einige Maschinen, die schlecht ausgelastet sind. Wird die Anlage größer gebaut, kann die Maschine mit wenig Zusatzkosten viel mehr produzieren. Nur Maschinen, die an der Grenze des Möglichen arbeiten, müssen ganz neu entworfen werden oder in größerer Zahl bestellt werden. Schon dadurch sinken Kosten drastisch, ganz ohne jede technologische Entwicklung, die bei den Akkus natürlich noch hinzukommt.

Dicke Schichten machen Akkus billiger

Wer etwas tiefer einsteigt, findet bei Akkus aber noch andere Tricks, um die Herstellungskosten zu senken. Denn im Grunde ist ein Lithium-Ionen-Akku nichts anderes als eine Aluminiumfolie, die mit Kathodenmaterial beschichtet wird, und eine Kupferfolie, die mit Anodenmaterial beschichtet wird. Dazwischen kommt eine Plastikfolie als Separator. Das alles wird aufgewickelt oder gestapelt und dann zusammen mit dem Elektrolyt in einem Gehäuse verbaut, nachdem die Metallfolien mit elektrische Kontakten versehen wurden.

Mit einer sehr dicken Beschichtung der Metallfolien sind weniger Arbeitsschritte nötig, weniger Metallfolien und weniger Separatoren. Das bedeutet gleichzeitig auch weniger Gewicht und mehr Energiedichte. Wenn eine 100 Mikrometer dicke Kathode statt einer 50 Mikrometer dicken Kathode auf einer 10 Mikrometer dicken Alufolie aufgetragen wird, steigt deren Energiedichte um etwa 10 Prozent und es muss nur halb so viel Folie gewickelt werden.

Aber leider verdoppelt sich mit der doppelten Dicke auch der Widerstand für die Ionen. Es fließt also nur halb so viel Strom durch die Schicht im Akku, mit dem die doppelte Menge Kathodenmaterial geladen werden muss. Deswegen sinken Leistungsabgabe und Ladegeschwindigkeit mit dem Quadrat der Schichtdicke. In diesem Beispiel würde es vielleicht 2 Stunden statt 30 Minuten dauern, um den Akku zu laden. Der Trick funktioniert also nur mit Stoffen, die von sich aus sehr hohe Ladegeschwindigkeiten ermöglichen oder bei Akkus, die nicht schnell geladen werden müssen.

Nickelfreie Akkus werden schon ausgeliefert

Der chinesische Akkuhersteller CATL hat das mit nickelfreien Lithium-Eisenphosphat-Akkus geschafft. Seine Konstruktion ist so gewichtseffizient, dass die Energiedichte fast das Niveau herkömmlicher Lithium-Ionen-Akkus erreicht. Diese Akkus von CATL werden in China in günstigere Telsa-3-Modelle eingebaut. Aber diese Autos können nur noch mit etwa 60 kW geladen werden,, obwohl gerade Lithium-Eisenphosphat-Akkus sonst für besonders hohe Ladeleistungen bekannt sind. Dafür wurden die Rohstoffkosten halbiert, ohne höhere Produktionskosten.

Erneuerbare Energien und Klimaschutz: Hintergründe - Techniken und Planung - Ökonomie und Ökologie - Energiewende (Deutsch)

Kompromisslose Kostensenkung ohne bessere Materialien oder Anlagen ist eben meistens ein Kompromiss. Aber für Akkus, die etwa in Netzspeichern oder Schiffen langfristig große Mengen Energie speichern und nur langsam abgeben müssen, sind solche Kompromisse überhaupt kein Problem. Auch so mancher Handyakku dürfte zugunsten einer besseren Energiedichte auf schnellere Ladegeschwindigkeiten verzichten. Als große, langsame Netzspeicher können sogar Natrium-Ionen-Akkus heute schon wirtschaftlich herstellbar werden, obwohl sie in anderen Anwendungen schon wegen der niedrigeren Energiedichte nicht konkurrenzfähig und noch dazu teurer wären.

Dank der Skaleneffekte in der Herstellung und der besseren Anlagen der Akkuhersteller werden solche Kompromisse in Zukunft für die Kunden wesentlich bessere Ergebnisse haben, auch bei niedriger Energiedichte. Auch die Forschung wird noch einiges dazu beitragen können.

In einem weiteren Artikel erklären wir am 6. Januar 2021, wie moderne Akkus funktionieren und wo die Grenzen der heute vorhandenen Technik sind.

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 Akkuforschung 2020: In Zukunft gibt es spottbillige Akkus in riesigen Mengen
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derLaie 11. Jan 2021 / Themenstart

Wenn ich Lithium-Lieferant wäre würde ich mir zweimal überlegen ob ich Tesla...

tomas_13 09. Jan 2021 / Themenstart

Vendor lock in. Ist bei Druckerpatronen ja auch nicht anders

tomas_13 09. Jan 2021 / Themenstart

, da man immer einen Wechselrichter Ich habe in meinem Haushalt nur noch...

GodFuture 08. Jan 2021 / Themenstart

Amen. Das ist der Punkt. Menschen unterwerfen alles ihrem Komfort. Ich will auf der...

NeoChronos 04. Jan 2021 / Themenstart

es ist doch völlig egal, ob du wegen Mangel an Ressourcen oder Mangel an...

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