Der Sektor der E-Mobility befindet sich im stetigen Fortschritt und auch die Batterie-Technologien ziehen mit. In diesem Zusammenhang wird man den Begriff „LFP Akkus” öfter hören. Wir fragen uns heute: Was sind LFP Akkus und stellen sie die Zukunft der Akkutechnologie für E-Fahrzeuge dar? Doch bevor wir diese Frage beantworten, müssen wir uns der grundlegenden Funktion einer Lithium-Ionen-Batterie zuwenden. Schutzbrillen auf, es wird chemisch!
Wie funktioniert eine Lithium-Ionen-Batterie?
Eine Batterie besteht aus mehreren einzelnen Zellen, die miteinander verbunden sind. Jede Zelle besteht aus drei Hauptteilen: einer positiven Elektrode (Kathode), einer negativen Elektrode (Anode) und einem flüssigen Elektrolyt.
Genau wie herkömmliche Batterien, welche in Uhren und TV-Fernbedienungen verwendet werden, liefern Lithium-Ionen-Batterien Strom durch die Bewegung von Ionen. Lithium ist in seiner elementaren Form extrem reaktiv. Aus diesem Grund wird in Lithium-Ionen-Batterien (zum Glück) kein elementares Lithium verwendet. Stattdessen enthalten Lithium-Ionen-Batterien in der Regel ein Lithium-Metall-Oxid, wie z. B. Lithium-Kobalt-Oxid (LiCoO2). Dieses liefert die Lithium-Ionen. Für die Kathode werden Lithium-Metalloxide und für die Anode Lithium-Kohlenstoff-Verbindungen verwendet. Diese Materialien werden verwendet, weil sie eine Interkalation ermöglichen. Interkalation bedeutet, dass die Moleküle etwas in sie einlagern können. In diesem Fall sind die Elektroden in der Lage, Lithium-Ionen leicht in ihre Strukturen hinein- und herauszulassen. Dieser Vorgang ist beim Aufladen eines Akkus entscheidend. Wenn der Lithium-Ionen-Akku mit Strom versorgt wird, wandern positiv geladene Lithium-Ionen (Li+) von der negativen Anode zur positiven Kathode. Dazu wandern sie durch den Elektrolyten, bis sie die positive Elektrode erreichen. Dort werden sie abgelagert. Die Elektronen hingegen bewegen sich von der Anode zur Kathode.
Was ist Lithium-Eisenphosphat-Batterien?
„LFP” steht für „Lithium-Eisenphosphat”. Lithium-Eisenphosphat ist die chemische Verbindung LiFePO4 oder eben kurz „LFP”. LFP bietet gute elektrochemische Eigenschaften, einen geringen Widerstand und ist eines der sichersten und stabilsten Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien.
Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien sind eine Art von Lithium-Ionen-Batterien, da es unterschiedliche Formen der Lithium-Ionen-Batterie gibt, die alle unterschiedlichen Eigenschaften besitzen und daher ihre Anwendung in verschiedenen Bereichen finden.
Die LFP-Batterie nutzt Lithium-Eisen-Phosphat als Kathodenmaterial zur Speicherung von Lithium-Ionen. LFP-Batterien verwenden in der Regel Graphit als Anodenmaterial. Die chemische Zusammensetzung von LFP-Batterien verleiht ihnen eine hohe Stromstärke, gute thermische Stabilität und eine lange Lebensdauer. Die meisten Lithium-Eisenphosphat-Batterien bestehen aus vier in Reihe geschalteten Batteriezellen. Wenn man vier LFP-Batteriezellen in Reihe schaltet, erhält man eine 12-Volt-Batterie, die sich hervorragend als Ersatz für viele 12-Volt-Bleisäurebatterien eignet.
LFP Batterien in der E-Mobilität
Letztes jahr gab Tesla offiziell bekannt, dass alle Standardversionen der Fahrzeuge weltweit auf die LFP-Batterien umgestellt werden. Doch warum scheinen LFP-Batterien mehr Vorteile als die herkömmlichen Batterien zu haben, wie beispielsweise Nickel-Mangan-Kobalt-Akkus (NMC)?
LFP-Batterien haben einen längeren Lebenszyklus als andere Lithium-Ionen-Batterien, da die Zellen langsamer an Kapazität verlieren. Ihre niedrigere Betriebsspannung bedeutet auch, dass die Zellen weniger anfällig für Reaktionen sind, die die Kapazität beeinträchtigen. Mit einer konstanten Entladespannung und einem geringeren Innenwiderstand können LFP-betriebene Fahrzeuge schneller Strom liefern und eine höhere Lade- sowie Entladeeffizienz erreichen.
LFP ist thermisch und chemisch stabil, was es weniger anfällig für Brände im Falle eines Unfalls macht. In Lithium-Kobalt-Oxid-Batterien kann es zu einem thermischen Durchgehen kommen.
LFP ist für seine niedrigen Kosten bekannt, die Schätzungen zufolge bis zu 60 % unter denen von nickelhaltigem NMC liegen. Der Kostenvorteil ergibt sich aus seiner chemischen Zusammensetzung. Eisen und Phosphor werden weltweit in riesigen Mengen abgebaut und finden in vielen Branchen Verwendung. LFP-Batterien haben auch geringere Umweltauswirkungen; sie enthalten kein Nickel oder Kobalt, die nur begrenzt verfügbar und teuer sind und größere Umweltauswirkungen haben.
LFP Batterien sind also günstiger und sicherer als die bisherigen Alternativen, was dafür sprechen sollte, dass wir in Zukunft mehr von ihnen in E-Autos sowie auch in anderen E-Mobility Anwendungen sehen werden. Große Automobilhersteller wie Ford, VW und Tesla nutzen die Technologie zunehmend und ersetzen Nickel- oder Kobaltformulierungen.
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