Lithium-Ionen-Akku
Ein wiederaufladbarer Akku, in dem Lithium-Ionen zwischen einer Graphitanode und einer Metalloxid- oder Phosphatkathode pendeln; die vorherrschende Technik für E-Autos und Netzspeicher.
Ein Lithium-Ionen-Akku speichert Energie, indem er Lithium-Ionen in das Kristallgitter seiner Elektroden einlagert. Beim Entladen wandern die Ionen von der Anode (meist Graphit, teils mit Siliziumzusatz) durch einen flüssigen Elektrolyten (LiPF6 in organischen Carbonaten) zur Kathode, während die Elektronen über den äußeren Stromkreis fließen. Die Kathodenchemie bestimmt weitgehend die Eigenschaften der Zelle: LFP, NMC, NCA oder LMO.
Typische Nennspannung: NMC 3.6–3.7 V; LFP 3.2 V
Die gravimetrische Energiedichte auf Zellebene reicht von etwa 160–205 Wh/kg bei LFP bis 250–300 Wh/kg bei nickelreichem NMC. Der Gesamtwirkungsgrad liegt auf Zellebene bei 90–95 %, für ein komplettes Netzspeichersystem mit Wechselrichter und Hilfsverbrauch bei etwa 85–90 %. Die Packpreise fielen von über 1.000 USD/kWh im Jahr 2010 auf etwa 115 USD/kWh im Jahr 2024 (BloombergNEF), stationäre LFP-Packs sind noch günstiger. Das hat den Boom bei E-Autos und BESS ausgelöst.
Die wichtigsten Schwachpunkte sind die Gefahr des thermischen Durchgehens (begrenzt durch Wahl der Zellchemie, Zellabstände und Batteriemanagementsystem), kalendarische und zyklische Alterung sowie die Abhängigkeit von Lieferketten für Lithium, Nickel, Kobalt und Graphit. Mehr dazu auf der Technologieseite Batteriespeicher.
Verwandte Begriffe
Alle Begriffe →- LFP (Lithium-Eisenphosphat)
Eine Kathodenchemie für Lithium-Ionen-Zellen (LiFePO4), geschätzt für Sicherheit, hohe Zyklenfestigkeit und niedrige Kosten, allerdings mit geringerer Energiedichte als nickelbasierte Zellen.
- NMC (Nickel-Mangan-Kobalt)
Eine Familie von Kathoden für Lithium-Ionen-Zellen (LiNixMnyCozO2) mit hoher Energiedichte, verbreitet in E-Autos mit großer Reichweite.
- Natrium-Ionen-Batterie
Akku nach dem Prinzip der Lithium-Ionen-Batterie, aber mit reichlich verfügbaren Natrium-Ionen; weniger Energiedichte, dafür günstigere Materialien und besseres Verhalten bei Kälte.
- Zyklenfestigkeit
Zahl der vollen Lade-Entlade-Zyklen, die eine Batterie schafft, bis ihre Kapazität auf eine festgelegte Lebensende-Schwelle fällt, meist 70–80 % der Nennkapazität.
- Energiedichte
Die gespeicherte Energie pro Masseeinheit (spezifische Energie, Wh/kg oder MJ/kg) oder pro Volumeneinheit (Wh/L oder MJ/L) eines Brennstoffs oder Speichermediums.
- BESS (Batteriespeichersystem)
Komplette Batterieanlage am Netz oder an einem Standort, mit Zellen, Batteriemanagement, Leistungselektronik, Thermomanagement und Steuerung.