Am Stammtisch haben E-Autos drei Riesen-Probleme: die Reichweite ist zu gering und/oder das Laden dauert zu lang, die Batterien sind sauteuer und wenn die kaputtgehen, steht man mit einem wirtschaftlichen Totalschaden da.
CATL, der chinesische Weltmarktführer für Batterien, hat bereits mit der Vorstellung einiger Neuheiten (siehe Bildergalerie) vor allem die Reichweitenangst zu zerstreuen versucht – für seine Qilin-Batterie verspricht der Hersteller bis zu 1.000 km Reichweite.
In einem Video zeigt CATL, mit welchen technischen Lösungen man zwei weitere, miteinander zusammenhängende Stammtischsorgen zerstreuen will, und die Reichweitenangst gleich mit. Denn eine vierstellige km-Reichweite für E-Autos wird zweitrangig, wenn sie so schnell laden, wie Verbrenner tanken. Problem dabei: Ständiges Schnellladen lässt Batterien schneller altern. Und wenn der teure Akku hin ist, dann droht der GAU, der wirtschaftliche Totalschaden.
5C-Schnellladung über 1,8 Millionen Kilometer
Im Video erklären die Chinesen, wie sie das Innere der Batterie und ihr Management so gestaltet haben, dass der Akku auch nach 3.000 Zyklen mit 5C-Schnellladung noch 80 Prozent der ursprünglichen Kapazität hat. Laden mit 5C bedeutet, die Batterie kann binnen einer Stunde fünfmal so viel Energie nachladen, wie sie in vollem Zustand aufnehmen kann. Oder anders formuliert: Ein Vollhub, Laden von 0 bis 100 Prozent dauert etwa 12 Minuten.
Bei der Batterie im Video geht CATL offenbar von 600 Kilometer Reichweite aus, die man mit einem Vollhub nachlädt. Daraus und aus den 3.000 Ladezyklen errechnet sich die Lebensdauer von 1,8 Millionen Kilometer – mehr, als das Gesamtfahrzeug schaffen dürfte. CATL ist sich sogar sicher, dass die Batterie bei Außentemperaturen von 60 Grad, also beispielsweise in der Wüste Dubais, 840.000 Kilometer schaffen würde – bis zu einem State of Health (SoH) von 80 Prozent, also einer theoretischen Reichweite von 480 Kilometern wohlgemerkt.
Ausgefeiltes Batterie-Management, haltbare Schutzschichten
Die Entwickler sagen, dass dafür eine zellselektive Temperatursteuerung des BMS (Battery Management System) mit verantwortlich ist. Sprich: Steigt die Temperatur einer Zelle signifikant über die der anderen, wird sie stärker mit Kühlflüssigkeit umspült; sinkt ihre Spannung, wird ihr weniger Leistung abverlangt. Das Ausbalancieren reduziert die Belastung einzelner Zellen und erhöht so deren Lebensdauer und damit die des Gesamtsystems.
Generell rasen beim Schnellladen viele Ionen mit höchster Geschwindigkeit durchs Batteriezellinnere. Das führt im worst case zu beschleunigter Oxidation und Zersetzung der Kathode, diese degradiert und mit ihr die ganze Zelle. Um dies zu verhindern, hat CATL:
- die Kathode zum Schutz besonders dicht und gleichmäßig beschichtet,
- dem flüssigen Elektrolyten ein Additiv beigefügt, das Risse in der Elektrode abdichtet. Zwischen ihr und dem Elektrolyten entsteht bei Lithium-Ionen-Batterien eine besonders wichtige Zwischenschicht (Solid Electrolyte Interphase, SEI). Die SEI bildet sich, während die Batterie arbeitet, an der Oberfläche der Elektrode aus Elektrolytzersetzungsprodukten. Das ist in der Regel mit unumkehrbaren Kapazitätsverlusten verbunden. Im besten Fall hat die SEI dafür aber eine passivierende Schutzfunktion und verhindert so die weitere Zersetzung. Durch die Mikrorisse ginge außerdem Lithium als aktives Material verloren – CATLs Additiv hat offenbar einen positiven Einfluss auf die Grenzschicht und reduziert auch diesen Effekt.
- Zu guter Letzt erhält der Separator einen aufgesprühten Überzug aus temperaturreaktiven Substanzen, die ebenfalls der Lebensdauer der Batterie guttun sollen.
Für den Stammtisch gibt’s also gute Nachrichten: Bei Batterien steckt selbst im Feintuning etablierter Technologien noch enormes Potenzial, um E-Autos zu bauen, die Verbrenner bei Reichweite, Geschwindigkeit im Nachfassen von Energie und Langlebigkeit übertreffen können. Wermutstropfen: CATL als Batteriehersteller macht keine Angaben, welches Auto demnächst mit dem neuen Akku zu kaufen sein soll, auch wenn im Video ein Modell mit dem Schriftzug der chinesischen Marke Avatr zu sehen ist. Andererseits liefert CATL die Batterien so vieler Hersteller, dass auch die aus dem Video bald auf dem Markt sein dürfte.
