Akkutechnik: CATL stellt Hightech Akkus vor und ignoriert die Weltlage
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Fast zwei Monate nach Beginn einer der größten Ölkrisen der Weltgeschichte hält CATL, der größte Akkuhersteller der Welt, eine Technikkonferenz(öffnet im neuen Fenster) und legt den Fokus ganz klar auf Luxus- und Premiumprodukte. Über Akkupreise und Herstellungskosten wird praktisch nicht gesprochen und die Präsentation richtet sich hauptsächlich gegen die Konkurrenz von BYD und Gotion und vor allem an die chinesische Oberschicht. Alle Folien sind komplett auf Chinesisch, ganz ohne englische Angaben.
Nicht nur deshalb wirkte die Präsentation etwas weltfremd. Sie fand vor dem Hintergrund der Änderungen der Subventionspolitik in China statt, in der Käufer von Elektroautos dank einer Verschrottungsprämie zwar noch bis zu rund 2.400 Euro an Subventionen erhalten können, nun aber höchstens 12 Prozent des Kaufpreises. Das schadet insbesondere dem niedrigen Preissegment der Elektroautos.
Ölkrise wird völlig ignoriert
Damit will die Zentralregierung gegen den starken Wettbewerb der chinesischen Hersteller untereinander vorgehen, die Akkus oft zu unprofitablen Preisen anbieten, um Marktanteile zu gewinnen. Auf den Weltmarkt wurde trotz der politischen Lage und der Ölkrise kaum eingegangen, auch nicht auf Produktionsvolumen zur Befriedigung der Nachfragerekorde. Wobei ein Grund ist, dass die Zeit der ganz großen Technologiesprünge in der günstigen Akkutechnik der Elektroautos vorerst vorbei ist.
Der größte Sprung war der Übergang zu vollständig integrierten Cell-to-Pack-Akkupacks, die viel Masse und Volumen im Strukturmaterial einsparten und so die nickel- und kobaltfreien LFP-Akkus trotz niedrigerer Energiedichte für Elektroautos attraktiv machten. Die physikalischen Grenzen der Energiedichte sind bei LFP-Akkus, zumindest auf der Kathodenseite, ausgeschöpft.
Aber das 2023 erstmals vorgestellte Qilin-Akkupack von CATL machte ähnlich hohe Packungsdichten auch für NMC-Akkus möglich und brachte entsprechend hohe Energiedichten und Reichweiten mit sich. Doch auch bei NMC-Akkus müssen nun alle weiteren Fortschritte von den Akkuzellen kommen.
Extreme Schnellladung nun auch von CATL
Dabei konzentriert sich CATL zurzeit, wie alle Hersteller, auf Schnellladung und verspricht Laderaten von 10C und 15C in der Spitze in allen vorgestellten Akkupacks, nicht nur mit LFP. Eine Ladung von 10 auf 35 Prozent soll in einer Minute passieren und von 10 bis 98 Prozent in 6,5 Minuten. Die Akkus sollen in 1.000 Schnellladezyklen 10 Prozent der Kapazität verlieren, hauptsächlich durch Vermeidung zu starker Temperaturerhöhung.
Hohe Temperaturen führen zu einer exponentiellen Beschleunigung der chemischen Reaktionen, die zum Verlust von Akkukapazität führen. Gleichzeitig wird Schnellladung nur durch einen vorgeheizten Akku möglich – einen Prozess, den CATL ebenso beschleunigt hat. Schnellladung ist also immer ein Kompromiss, aber bessere Technik erlaubt bessere Kompromisse. Dazu reduziert CATL vor allem die Wärmeerzeugung durch reduzierten inneren Widerstand der Zellen.
Möglich wird das laut CATL durch bessere Grenzschichten zwischen Elektrolyt und dem Kathoden- oder Anodenmaterial sowie Anoden aus Grafit mit vergrößertem Abstand zwischen den Kohlenstoffschichten. Aber auch präzise Temperaturmessung und gezielte Kühlung tragen zum Management der Schnellladung bei. Wie viel Energiedichte dadurch verloren geht, oder wie teuer das im Vergleich zur konventionellen Technik ist, sagt CATL allerdings nicht.
Hybrid-LFP-NMC-Akkus für Plugin-Hybride
In diesem Teil des Vortrags zeigte sich auch der größte kulturelle Unterschied zwischen China und der westlichen Welt. Ganz selbstverständlich wurden die physikalischen Formeln zur Beschreibung der Entstehung der Verlustwärme und deren Auswirkungen auf die Akkuchemie auf den Folien gezeigt, was hierzulande vermieden wird.
Aber CATL versucht nicht nur, Akkus schneller zu laden, sondern auch weiterhin höhere Energiedichten zu erreichen. Um die physikalischen Grenzen der LFP-Akkus zu umgehen, ohne deren geringeren Rohstoffverbrauch ganz aufzugeben, hat CATL eine Hybrid-LFP-NMC-Kathode entwickelt. Dabei werden die Materialien nicht gemischt, sondern Hybridpartikel erzeugt. Normalerweise werden die schlecht stromleitenden LFP-Partikel, die eine tunnelartige Olivin-Struktur haben, mit Kohlenstoff überzogen.
Die Hybridpartikel bestehen hingegen im Inneren aus LFP (Lithium-Eisenphosphat) und werden dann mit einer Mischung aus LFP und NMC (Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid) überzogen, mit nach außen hin zunehmender Konzentration von NMC. Dadurch sollen die relativ gut stromleitende Schichtstruktur des NMC einerseits und die Olivin-Struktur des LFP andererseits stabil miteinander verbunden werden. Die Akkuzellen erreichen damit 230 Wh/kg, statt nur rund 180 Wh/kg normaler LFP-Zellen.