Unter perfekten Bedingungen könnten Akkus Jahrtausende halten

Neben der Spannung senkt vor allem die Betriebs- und Lagertemperatur die Lebensdauer. Hohe Temperaturen beschleunigen chemische Vorgänge. Schon 10 Grad Celsius mehr können Reaktionsgeschwindigkeiten mehr als verdoppeln, was vor allem die störenden Nebenreaktionen betrifft, durch die immer weniger Lithium für das Laden des Akkus zur Verfügung steht. Umgekehrt können die Akkus mit LiFSI und stabileren Kathodenmaterialien höheren Temperaturen über längere Zeit widerstehen.

Der letzte wichtige Faktor ist das richtige Ladeverhalten, wofür vor allem das Batteriemanagementsystem verantwortlich ist. Wird ein Akku zu schnell geladen, kann das Lithium nicht in das Graphit eindringen und wird stattdessen außerhalb des Graphits als Metall abgeschieden. Innerhalb des Graphits ist das Lithium vor schädlichen Reaktionen mit dem Elektrolyt geschützt, während Lithiummetall außerhalb des Graphits zu unlöslichen Lithiumsalzen reagiert und damit dem Akku verloren geht.

Bei kühlen Temperaturen könnten Akkus Jahrtausende halten

Wie schnell zu schnell ist, hängt von der Temperatur und dem Alter des Akkus ab. Bei höheren Temperaturen kann das Lithium schneller ins Graphit eindringen. Für die Tests, die hauptsächlich den Einsatz als stationärer Speicher simulieren sollen, wurden die Akkus über zwei bis drei Stunden geladen. In älteren Akkus führen unvermeidliche Schäden in der Struktur des Graphits dazu, dass der Widerstand steigt und die mögliche Ladegeschwindigkeit sinkt. Das Batteriemanagement muss ein zu schnelles Laden unter allen Umständen verhindern, wenn der Akku seine maximale Lebenszeit erreichen soll.

Unter perfekten Bedingungen und 10 Grad Celsius Betriebstemperatur sollten selbst LFP-Akkus den Messungen zufolge knapp 100 Jahre lang täglich geladen und entladen werden können und etwa 30 Jahre bei 20 Grad Celsius. Unter ähnlichen Bedingungen und der gleichen Ladespannung von 3,65V sollte NMC532 theoretisch sogar über 1.000 Jahre und bei 10 Grad etwa 10.000 Jahre durchhalten können, speichert mit 3,65V aber deutlich weniger Energie. Mit 3,8V soll die Lebensdauer 100 Jahre übertreffen können, solange die Temperaturen niedriger als 27 Grad Celsius liegen.

LFP-Akkus sind massentauglicher

Praxisrelevant wird der Aufwand hauptsächlich durch die Langlebigkeit bei hohen Temperaturen, die bei 50 Grad Celsius oft nur Monate beträgt, aber mit entsprechender Optimierung auch Betriebsdauern von mehr als einem Jahrzehnt erlauben. Für einen schnellen Ausbau von Netzspeichern im großen Maßstab dürften dennoch LFP-Zellen unter kontrollierten Temperaturbedingungen die bessere Wahl sein, um den Rohstoffverbrauch zu senken.

Dahn spekuliert, dass die höhere Langlebigkeit der NMC-Kathoden gar nicht an der Kathode selbst liegt, sondern in den Akkus bislang unerkannte Nebenreaktionen auftreten, die der Graphit-Anode eine höhere Langlebigkeit verleihen. Dann könnte eine Mischung aus LFP und NMC hohe Langlebigkeit und niedrigen Rohstoffverbrauch mit sich bringen. Aber dazu werden weitere Untersuchungen benötigt, bis zu deren Ende die Akkutechnologie weiter fortgeschritten sein wird.