VonJake Morrison, Hardware-Autor|Sarah Chen|Mike Patterson
Veröffentlicht:8. Februar 2025
Nahezu alles, was heutzutage wiederaufladbar ist, wird mit Lithium-Ionen-Batterien betrieben. Natürlich Ihr Telefon. Laptop. Diese kabellosen Ohrhörer, die Sie wahrscheinlich gerade tragen. Die Technologie kam 1991 auf den Markt, als Sony die ersten Lithium-Ionen-Zellen für Camcorder auf den Markt brachte, und hat seitdem in allen Produktkategorien Einzug gehalten.
Die Leute fragen „Was hat Lithium-Ionen-Batterien“ und erwarten eine einfache Liste, aber die eigentliche Antwort lautet: Schauen Sie sich in Ihrem Haus um. Zählen Sie die wiederaufladbaren Geräte. Das ist deine Antwort.
Diese Batterien speichern Energie, indem sie Lithiumionen zwischen zwei Elektroden hin- und herbewegen -Anode zu Kathode beim Entladen, umgekehrte Richtung beim Anschließen. Die Chemie klingt kompliziert, aber das praktische Ergebnis ist klar: mehr Leistung auf weniger Raum, als ältere Batterietypen jemals schaffen könnten.
Warum Lithium-Ionen gewonnen haben
Drei Gründe. Die Energiedichte übertrifft alles andere. Eine Lithium-Ionen-Zelle leistet 150-250 Watt-Stunden pro Kilogramm. Vergleichen Sie das mit Nickel-Cadmium mit vielleicht 40–60 Wh/kg. Nicht einmal annähernd.
Zweitens kein Memory-Effekt. Erinnern Sie sich an alte schnurlose Telefone, bei denen Sie den Akku vollständig entladen mussten, sonst würde er seine volle Kapazität „vergessen“? Lithium-Ionen machen das nicht. Laden Sie es jederzeit auf. Drittens, geringe Selbstentladung-Sie halten ihre Ladung auf einem Regal und verlieren vielleicht 2-3 % pro Monat im Vergleich zu 20 % bei NiMH-Batterien.
Auch die Kosten sind gesunken. In den 90er-Jahren waren diese Batterien so teuer, dass sie nur in der Premium-Elektronik zum Einsatz kamen. Mittlerweile sind sie günstig genug für USB-Ladegeräte im Dollar-Store. Nun, billiggenug-Immer noch teurer als Alkalibatterien, aber die Wiederaufladbarkeit amortisiert sich schnell.
Unterhaltungselektronik (The Obvious Stuff)
Smartphones liegen an der Spitze. Das iPhone 15 Pro verfügt über einen 3.274-mAh-Akku. Das Samsung Galaxy S24 Ultra wird mit 5.000 mAh größer. Jedes Telefon, vom 50-Dollar-Prepaid-Modell bis zum 1.500-Dollar-Flaggschiff, verwendet Lithium-Ionen--normalerweise die Lithium-Kobaltoxid-Chemie (LCO), um die Kapazität auf engstem Raum zu maximieren.
Laptops werden mit größeren Akkus betrieben, typischerweise 50–80 Wh bei Ultrabooks und bis zu 100 Wh bei Workstations. Tatsächlich ist 100 Wh die gesetzliche Grenze für die Mitnahme von Akkus in Flugzeugen ohne besondere Genehmigung, weshalb Laptop-Hersteller diese Zahl anstreben. Die FAA hat diese Regel nach einigen Bränden mit Lithiumbatterien in Flugzeugen in den 2000er Jahren festgelegt.
Tablets liegen dazwischen{0}}Das iPad Pro hat etwa 40 Wh. Kindle Paperwhite? Winziger 6-Wh-Akku, der wochenlang hält, da E-Ink einen Stromverbrauch anzeigt.
Dann sind da noch all die anderen Sachen. Drahtlose Mäuse und Tastaturen (normalerweise Lithium-Ionen-Zellen der Größe AAA-). Bluetooth-Lautsprecher-JBL, Ultimate Ears, Bose, alle Lithium-Ionen-Lautsprecher. Gaming-Controller. Smartwatches. Fitness-Tracker. Drahtlose Überwachungskameras. Video-Türklingeln. Elektrische Zahnbürsten. Die Oral-B iO-Serie verwendet einen Lithium-Akku mit einer Laufzeit von zwei Wochen zwischen den Ladevorgängen.
Die AirPods Pro verfügen über eine Akkukapazität von 1,98 Wh zwischen den Ohrhörern und dem Gehäuse. Das hört sich nicht nach viel an, bis man merkt, dass sie stundenlang aktive Geräuschunterdrückung, räumliche Audioverarbeitung und drahtlose Konnektivität ermöglichen.
Transport-Wo es groß wird
Elektrofahrzeuge haben den Maßstab völlig verändert. Das Tesla Model 3 Long Range verfügt über einen 75-kWh-Akku-das sind 75.000 Wattstunden-oder etwa 1.500 Smartphone-Akkus an Energie. Allein die Batterie wiegt etwa 1.000 Pfund.
Die meisten Elektrofahrzeuge verwenden die Chemie von Nickel-Mangan-Kobalt (NMC) oder Lithium-Eisenphosphat (LFP) anstelle der kobalt{0}}schweren Zellen in Telefonen. NMC bietet eine gute Energiedichte bei besserer thermischer Stabilität. LFP ist sicherer und hält länger-BYD und Tesla verwenden jetzt beide LFP für Modelle mit Standardreichweite. Der Nachteil ist eine geringere Energiedichte, sodass Sie für die gleiche Reichweite mehr Zellen benötigen.
Dem Ford F-150 Lightning stehen bis zu 131 kWh zur Verfügung. Der Rivian R1T erreicht in der Max Pack-Konfiguration 135 kWh. Die Lucid Air Dream Range beansprucht 112 kWh und erreicht eine EPA-Reichweite von über 500 Meilen, da ihre Motoren und Elektronik unglaublich effizient sind.
Elektrofahrräder boomen. Rad Power Bikes verwenden normalerweise 48-V-14-Ah-Akkus (672 Wh). E-Bikes der oberen{5}}Endklasse von Specialized oder Trek sind mit 500-700-Wh-Akkus ausgestattet. E-Scooter sind kleiner – Xiaomi M365 verbraucht 280 Wh, Mietroller von Bird und Lime haben ähnliche Kapazitäten.
Elektromotorräder sind immer noch eine Nische, wachsen aber. Zero Motorcycles SR/F verfügt über eine 14,4-kWh-Batterie. Energica Ego+ schiebt 21,5 kWh. Für lange Autobahnfahrten reicht es noch nicht ganz, aber es reicht schon.
Es kommen auch Boote. Das Elektroboot X Shore Eelex 8000 verfügt über einen 125-kWh-Akku. Das Tragflächenboot Candela C-8 verbraucht 44 kWh und „fliegt“ über Wasser, um den Luftwiderstand zu verringern. Als ich das letzte Mal nachgeschaut habe, kostete das elektrische Wakeboard-Boot Arc Sport 300.000 US-Dollar.
Elektrowerkzeuge wurden kabellos
Diese Transformation geschah schnell. Vor zwanzig Jahren lachten seriöse Bauunternehmer über kabellose Werkzeuge. Heute? Milwaukee, DeWalt, Makita, Bosch-sie sind alle auf Lithium umgestiegen.
Das FlexVolt-System von DeWalt läuft je nach Werkzeug mit 20 V oder 60 V. Die M18-Plattform von Milwaukee umfasst über 200 Werkzeuge, die dasselbe Batteriesystem nutzen. Ihre Hochleistungsbatterien erreichen eine Kapazität von 12 Ah-genug, um eine Kreissäge durch Dutzende Schnitte zu führen.
Es folgten Outdoor-Power-Geräte. Ego Power Plus stellt einen Akku-Rasenmäher mit einem 56-V-7,5-Ah-Akku (420 Wh) her. Ihre Rasentrimmer, Laubbläser und sogar Schneefräsen werden mit derselben Batterieplattform betrieben. Ryobi verfügt über ein 40-V-System. Greenworks bietet 60-V- und 80-V-Optionen für größere Geräte.
Die Roboterstaubsauger und Rasenmäher werden mit kleineren Batterien betrieben, da sie sich automatisch aufladen. Roomba j7+ hat etwa 60 Wh. Husqvarna Automower verwendet 18-V-Lithium-Ionen, die Kapazität variiert je nach Modell.
Professionelle Ausrüstung wächst ständig. Milwaukee stellt eine Rucksackbatterie mit 300 Wh her, mit der mehrere Werkzeuge auf der Baustelle betrieben werden können. Stihl bietet Akku-Kettensägen an, die leistungsstark genug für gewerbliche Baumarbeiten sind.
Medizinische Geräte (wo Zuverlässigkeit am wichtigsten ist)
Tragbare Sauerstoffkonzentratoren sind für Menschen mit Atemwegserkrankungen von entscheidender Bedeutung. Inogen One G5 verwendet einen Lithium-Ionen-Akku, der je nach Flusseinstellungen eine Betriebsdauer von 3–6 Stunden bietet. Phillips Respironics Simply Go Mini zielt auf etwa 4,5 Stunden ab.
CPAP-Geräte für Schlafapnoe bieten zunehmend Batterieoptionen. Das Reise-CPAP AirMini von ResMed kann mit externen Lithiumbatterien betrieben werden. Nützlich beim Camping oder bei Stromausfällen.
Hörgeräte wurden kürzlich auf wiederaufladbare Lithiumgeräte umgestellt. Phonak Audeo Paradise wird über Nacht aufgeladen und läuft 16+ Stunden. Starkey Evolv AI ähnliche Leistung. Viel besser, als alle paar Tage mit diesen winzigen Zink-{4}Luft-Knopfzellen herumzufummeln.
Medizinische Überwachungsgeräte-Blutdruckmessgeräte, Glukosemessgeräte, tragbare EKG-Geräte-viele jetzt wiederaufladbar. AliveCor KardiaMobile zeichnet EKGs auf einem Telefon auf und wird mit einer kleinen Lithiumzelle betrieben, die monatelang hält.
Infusionspumpen, chirurgische Instrumente, in Krankenhäusern verwendete Diagnosegeräte-viele Lithium-Ionen-Backupbatterien oder tragbare Stromversorgungsoptionen. Die chirurgischen Elektrowerkzeuge des Stryker System 8 verwenden steril versiegelte Lithium-Ionen-Batterien für den Einsatz im Operationssaal.
Implantierbare Geräte sind eine ganz andere Kategorie. Einige neuere Herzschrittmacher verwenden wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien, die transkutan (durch die Haut) mittels Induktion aufgeladen werden. Medtronic bietet Modelle an, bei denen der Akku einmal pro Woche drahtlos aufgeladen wird, anstatt alle 7–10 Jahre einen chirurgischen Austausch zu erfordern.
Energiespeicherung (von Eigenheimen bis zum Netzmaßstab)
Tesla Powerwall 2 speichert 13,5 kWh, die Installation kostet rund 11.000 US-Dollar. Powerwall 3 kam kürzlich mit besserer Integration auf den Markt. Generac PWRcell bietet modulare Systeme mit 9–18 kWh. LG Chem RESU reicht je nach Konfiguration von 10 bis 16 kWh.
Diese Heimbatterien werden mit Solarpaneelen gekoppelt-speichern tagsüber überschüssige Energie und nutzen sie nachts. Stellen Sie bei ordnungsgemäßer Konfiguration auch Backups bei Ausfällen bereit. Bei Stromausfällen funktionieren nicht alle Systeme; hängt von der Konfiguration des Wechselrichters ab.
Kalifornien schreibt die Solarenergie für neue Häuser vor, daher beschleunigt sich dort die Einführung von Batterien. Hawaii hat hohe Stromkosten und viel Sonne, sodass die Wirtschaftlichkeit von Solar- und Speicherenergie gut funktioniert. Im Jahr 2021 kam es in Texas zu einem Netzausfall, der das Interesse an Heimbatterien steigerte.
Kommerzielle Installationen werden viel größer. Ein Lebensmittelgeschäft könnte 50-100 kWh Batterien für das bedarfsgerechte Lademanagement installieren. Rechenzentren nutzen Batterieräume im Megawatt-Maßstab für die Notstromversorgung und ersetzen oder ergänzen Dieselgeneratoren.
Der Nutzenmaßstab ist wild. Die Energiespeicheranlage Moss Landing in Kalifornien verfügt über eine Kapazität von 3.000 MWh-das sind 3 Millionen Kilowattstunden-und reicht aus, um etwa 225.000 Haushalte mehrere Stunden lang mit Strom zu versorgen. Es werden Tesla-Megapack-Einheiten verwendet, von denen jede eine 3-MWh-Batterie in Versandcontainergröße ist.
Die australische Hornsdale Power Reserve war eine der ersten großen Netzbatterien, die Tesla 2017 mit 150 MWh baute. Seitdem wurde es erweitert. Diese Systeme stabilisieren die Netzfrequenz, speichern erneuerbare Energie und reduzieren den Bedarf an Erdgas-Spitzenkraftwerken.
Spezialanwendungen überall
USV-Systeme (unterbrechungsfreie Stromversorgung) verwendeten traditionell Blei-Säure-Batterien. Schwer, musste alle 3-5 Jahre ausgetauscht werden, enthielt giftige Materialien. Lithium-Ionen-USV-Systeme von APC, Eaton, Vertiv halten länger, nehmen weniger Platz ein und wiegen weniger. Besonders Rechenzentren mögen dies – Gewichtsreduzierung bedeutet weniger strukturelle Belastung in Gebäuden.
Drohnen und Quadcopter-DJI dominiert diesen Markt. Ihre Drohnen werden mit Lithium-Polymer-Batterien (LiPo) betrieben, bei denen es sich technisch gesehen um eine Lithium-Ionen-Variante mit Polymerelektrolyt handelt. DJI Mini 3 Pro verwendet einen 2453-mAh-Akku für eine Flugzeit von etwa 34 Minuten. Größere Drohnen wie die Inspire 2 verfügen über Doppelbatterien mit insgesamt 98 Wh.
Professionelle Drohnen für Vermessung, Inspektion und Lieferung-Sie alle werden mit Lithiumbatterien betrieben. Medizinische Zipline-Drohnen in Afrika verwenden Lithium-Ionen. Die Prototypen der Lieferdrohne von Amazon nutzen sie.
Luft- und Raumfahrtanwendungen nehmen zu. Elektroflugzeuge kommen. Pipistrel Velis Electro verfügt über Lithiumbatterien-das erste vollelektrische Flugzeug, das für die Flugausbildung in Europa zertifiziert ist. Beta Technologies und Joby Aviation entwickeln elektrische Flugtaxis mit großen Lithiumbatterien.
Satelliten und Raumfahrzeuge verwenden spezielle Lithium-Ionen-Batterien, die Vakuum, Strahlung und extreme Temperaturen überstehen. Die Internationale Raumstation verfügt über Lithium-Ionen-Batterien, die ältere Nickel-{1}Wasserstoffzellen ersetzen. Jedes Batteriemodul wiegt 400+ Pfund.
Militärausrüstung-Nachtsichtbrillen, taktische Funkgeräte, GPS-Geräte, jetzt alle mit Lithiumbatterien. Eine bessere Energiedichte ist wichtig, wenn Soldaten tagelang Ausrüstung tragen. Das Funkgerät AN/PRC-163 verwendet wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien.
Kameras und Fotoausrüstung-spiegellose Kameras von Sony, Canon, Nikon, alle Lithium-Ionen-Kameras. Sony A7 IV verwendet NP-FZ100-Akkus mit jeweils 16,4 Wh. Professionelle Beleuchtung-Aputure 300d LED-Leuchten werden mit V-Lithiumbatterien (98 Wh Standardgröße) betrieben. Drahtlose Mikrofone, Videomonitore, alles Tragbare in der Film-/Fotoproduktion.
Angeschlossene Batterien und Management
Neuere batteriebetriebene Produkte-verfügen häufig über Bluetooth- oder WLAN-Konnektivität. Sie können den Akkustatus Ihres Telefons überprüfen. Ego-Elektrowerkzeuge zeigen den Ladezustand in einer App an. Ryobi-Werkzeuge auch. Mit Tesla können Sie die Batterie und den Ladevorgang Ihres Autos aus der Ferne überwachen.
Intelligente Batteriemanagementsysteme (BMS) leisten viel Arbeit. Sie gleichen die Zellspannung aus-in einem Paket mit mehreren-Zellen, einzelne Zellen driften mit der Zeit auseinander, das BMS gleicht sie aus. Sie überwachen die Temperatur, verhindern Überladung und Tiefentladung und übermitteln dem Gerät den Status.
Einige vernetzte Funktionen wirken wie eine Spielerei, aber die Fernüberwachung teurer Geräte ist sinnvoll. Bautrupps können nachverfolgen, welche Batterien aufgeladen werden müssen. Besitzer von Heimenergiespeichern können die Solarproduktion und den Batteriestatus während der Reise überwachen.
Es bestehen jedoch Sicherheitsbedenken. Die Batterie-Firmware muss manchmal aktualisiert werden. Wenn dieser Kommunikationspfad nicht ordnungsgemäß gesichert ist, stellt er eine potenzielle Sicherheitslücke dar. Nicht viele Leute hacken Batterien, aber theoretisch möglich.
Reale-Nutzungsmuster
Menschen begegnen Lithiumbatterien ständig, ohne darüber nachzudenken. Elektrische Zahnbürste im Badezimmer. Akku-Staubsauger (Dyson V15 hat 70 Wh). Wiederaufladbare Taschenlampe. Powerbank in Ihrer Tasche-Anker stellt Modelle von 10.000 mAh (37 Wh) bis 25.000 mAh (90 Wh) her.
Kinderspielzeug wird zunehmend wiederaufladbar. Ferngesteuerte Autos, leuchtendes-Spielzeug, elektronische Lerngeräte. Es ist besser, ständig Alkalibatterien zu kaufen.
Smart-Home-Geräte-Die Ring-Videotürklingel verfügt über einen austauschbaren Lithium-Akku. Arlo-Überwachungskameras verwenden wiederaufladbare Batterien, die mehrere Monate halten. Google Nest-Thermostate verfügen über Backup-Lithiumbatterien. August-Smart-Schlösser werden mit Lithium-AAs betrieben.
Auch die Weihnachtsbeleuchtung wird wiederaufladbar. Lichterketten mit eingebauten-Batterien und Solarpaneelen. Wiederaufladbare LED-Kerzen. Dekorationsartikel.
Professionelle Anwendungsfälle sind sehr unterschiedlich. Bauarbeiter tauschen den ganzen Tag Batterien von Milwaukee oder DeWalt. Lagerstapler laden Lithium-Ionen-Batterien in Pausen auf.-15-minütiges Zwischenladen ist besser als stundenlanges Warten auf das Aufladen von Blei-Säure-Batterien.
Die Einführung landwirtschaftlicher Geräte ist langsamer, findet aber statt. John Deere testet Elektrotraktoren. Autonome Landwirtschaftsroboter, oft elektrisch. Bewässerungssysteme mit Batterie-Backup.
Die Reinigungsindustrie setzte auf Lithium. Bodenschrubber, Teppichsauger und kommerzielle Hochdruckreiniger-Unternehmen wie Tennant und Karcher bieten Lithium-Optionen an. Schnelleres Laden, geringeres Gewicht, keine Batteriebewässerung wie bei alten Blei-Säure-Systemen erforderlich.
Was eigentlich schief geht
Batterien verschlechtern sich. Chemie hält nicht ewig. Typische Lithium-Ionen-Akkus behalten nach 500–1000 Ladezyklen je nach Zusammensetzung und Nutzungsmuster noch 80 % ihrer Kapazität. Tesla garantiert für seine Elektrofahrzeugbatterien je nach Modell eine Batterieerhaltung von 70 % bei einer Laufzeit von 8 Jahren/100.000–150.000 Meilen.
Die Temperatur zerstört Batterien schneller als alles andere. Besonders schlechte Temperaturen-bei einer Temperatur von über 30 Grad (86 Grad F) führen regelmäßig zu einer beschleunigten Verschlechterung. Kälte verringert die vorübergehende Kapazität, verursacht jedoch keine dauerhaften Schäden wie Hitze. Aus diesem Grund verschlechtern sich die Batterien von Phoenix-Elektrofahrzeugen schneller als die von Seattle.
Auch die Kalenderalterung ist real. Auch im unbenutzten Zustand verschlechtern sich die Batterien. Für eine möglichst lange Haltbarkeit lagern Sie sie bei 40–50 % Ladung bei kühlen Temperaturen. Der schlimmste Fall ist, den Akku über einen längeren Zeitraum auf 100 % geladen und bei 40 Grad zu halten.
Sicherheitsvorfälle kommen selten vor, sorgen aber dann für Schlagzeilen, wenn sie passieren. Herstellungsfehler führten 2016 zu Bränden beim Samsung Galaxy Note 7 – 2,5 Millionen Telefone wurden zurückgerufen. In den Jahren 2015 und 2016 gerieten Hoverboards so oft in Brand, dass Fluggesellschaften sie verboten haben. Normalerweise ist dies auf Probleme bei der Qualitätskontrolle bei der Herstellung, physische Schäden oder das Aufladen mit falschen Ladegeräten zurückzuführen.
Das thermische Durchgehen-wenn eine Zelle überhitzt und die Hitze weitere Reaktionen auslöst, die noch mehr Wärme erzeugen-ist die Hauptfehlerursache. Richtig ausgelegte Batterien verfügen über mehrere Sicherheitsfunktionen: Strombegrenzungsschaltungen, Thermosicherungen, Druckentlastungsöffnungen, Separator-Abschaltschichten. Billige Batterien verzichten auf diesen Schutz.
Die Kompatibilität frustriert Benutzer. Jede Werkzeugmarke verwendet unterschiedliche Batterieformfaktoren. DeWalt-Batterien passen nicht in Milwaukee-Werkzeuge. Ryobi achtet schon seit Jahren darauf, die One+-Plattform kompatibel zu halten. -Werkzeuge aus dem Jahr 2005 funktionieren mit Batterien aus dem Jahr 2025. Die meisten Hersteller wollen jedoch eine Herstellerbindung-.
Die Recycling-Infrastruktur entwickelt sich noch. Li-Cycle, Redwood Materials und andere bauen spezielle Recyclinganlagen für Lithiumbatterien. Sie können mehr als 95 % des Batteriematerials zurückgewinnen. Aber die Sammellogistik bleibt eine Herausforderung. -Menschen werfen Batterien in den Müll, was zu Problemen bei der Deponierung führt.
Batteriemanagementsysteme leisten viel
Das BMS ist wichtig, aber unsichtbar. In einem Laptop überwacht es jede Zellgruppe, schätzt die verbleibende Laufzeit, steuert die Laderate und meldet den Batteriezustand an das Betriebssystem. Anspruchsvoller als es klingt.
Die Schätzung des Ladezustands ist überraschend schwierig. Die Batteriespannung korreliert mit dem Ladezustand, der Zusammenhang variiert jedoch je nach Temperatur, Last und Batteriealter. Ein gutes BMS verwendet komplexe Algorithmen, die all dies berücksichtigen. Aus diesem Grund springen oder fallen die Akkuprozentsätze von Mobiltelefonen manchmal unerwartet.-Die Schätzung wird neu kalibriert.
Bei Multi-{0}Zellenpaketen kommt es auf den Zellausgleich an. Einzelne Zellen weisen zwangsläufig geringfügige Kapazitätsunterschiede auf. Während des Ladevorgangs kann ein BMS den Strom um vollere Zellen herum leiten, damit schwächere Zellen aufholen können. Beim passiven Ausgleich wird Energie als Wärme abgeführt. Aktiver Ausgleich überträgt Energie zwischen Zellen, was effizienter, aber teurer ist.
Temperaturmanagement-Das BMS überwacht die Zellentemperatur und kann die Lade-/Entladeraten reduzieren, wenn es zu heiß wird. Elektrofahrzeuge verfügen über ein ausgeklügeltes Wärmemanagement mit Flüssigkeitskühlung. Elektrowerkzeuge sind lediglich auf thermische Abschaltungen angewiesen.
Kommunikationsprotokolle-BMS-Chips kommunizieren mit Host-Geräten über I2C, SMBus, CAN-Bus oder proprietäre Protokolle. Dadurch können Geräte genaue Akkuinformationen anzeigen und die Leistung optimieren.
Industrielle Anwendungen integrieren die Batterieüberwachung in umfassendere Systeme. Ein Lager könnte alle Gabelstaplerbatterien zentral verfolgen, den Ladevorgang planen und Batterien kennzeichnen, die ausgetauscht werden müssen. Vorausschauende Wartung auf Basis von BMS-Daten.
Was kommt als nächstes in der Batterietechnologie?
Feststoffbatterien sind der heilige Gral. Ersetzen Sie flüssigen Elektrolyten durch festes Keramik- oder Polymermaterial. Theoretisch sicherer-keine brennbare Flüssigkeit. Höhere Energiedichte möglich. Toyota gibt an, dass es zwischen 2027 und 2028 Feststoffbatterien in Fahrzeugen geben wird. QuantumScape, Solid Power und andere, die die Technologie entwickeln. Aber die Herstellung im großen Maßstab bleibt ungelöst.
Natrium--Ionenbatterien verwenden Salz anstelle von Lithium-billigere Rohstoffe, potenziell geringere Kosten. CATL kündigte 2021 kommerzielle Natrium-Ionen-Batterien an. Die Energiedichte ist geringer als bei Lithium-Ionen-Batterien, aber für die stationäre Speicherung ist das akzeptabel. Northvolt baut Natriumionenproduktion in Europa auf.
Lithium-Schwefel bietet theoretisch eine viel höhere Energiedichte-bis zu 500 Wh/kg im Vergleich zu 250 Wh/kg für aktuelle Lithiumionen. Aber die Zyklenlebensdauer war schrecklich und verschlechterte sich normalerweise nach 50–100 Zyklen. Die Forschung geht weiter.
Lithium--Luft-Batterien (Lithium-Sauerstoff) haben sogar noch höhere theoretische Grenzwerte-möglicherweise 1.000 Wh/kg. Aber sie sind immer noch Laborkuriositäten mit großen praktischen Herausforderungen.
In den nächsten 5-10 Jahren werden konventionelle Lithium-Ionen-Technologien dominieren. Es kommt immer wieder zu schrittweisen Verbesserungen: bessere Kathodenmaterialien, Siliziumanoden ersetzen Graphit (Kapazitätssteigerung um 20–40 %), Verbesserungen des Herstellungsprozesses senken die Kosten.
Die Batteriekosten sind von 2010 bis 2023 um etwa 90 % gesunken, von etwa 1.100 $/kWh auf 130 $/kWh für EV-Batterien. Dieser Trend setzt sich fort und könnte bis 2030 80–100 US-Dollar/kWh erreichen. Bei diesen Preisen erreichen Elektrofahrzeuge Kostenparität mit Benzinfahrzeugen ohne Subventionen.
Ein Schwerpunkt liegt auf der Kobaltreduzierung. Der Kobaltabbau birgt Menschenrechtsbedenken und Risiken in der Lieferkette. Moderne NMC-Batterien verbrauchen weniger Kobalt als ältere Formulierungen (NMC 811 hat 80 % Nickel, 10 % Mangan, 10 % Kobalt im Vergleich zu früheren Verhältnissen von 1:1:1). LFP-Batterien enthalten überhaupt kein Kobalt.
Siliziumanoden werden jetzt kommerzialisiert. Sila Nanotechnologies liefert Siliziumanodenmaterial an mehrere Hersteller. Panasonic kündigte die Produktion von Siliziumanodenbatterien an. Tesla verwendet bereits etwas Silizium in seinen Zellen. Dadurch wird die Kapazität um 10–20 % erhöht, ohne dass sich sonst etwas an der Batterie ändert.
Auf die Frage „Was hat Lithium-Ionen-Batterien?“ wird es in fünf Jahren eine noch längere Antwort geben. Weitere Kategorien von Produkten, die elektrisch betrieben werden. Weitere Anwendungen, bei denen Lithium-Ionen ältere Technologien verdrängen. Die Technologie entwickelte sich schnell weiter, verbessert sich aber immer noch.
Je mehr wir davon ansammeln, desto wichtiger ist es zu verstehen, welche Geräte Lithiumbatterien verwenden. Die meisten Haushalte verfügen mittlerweile über 20–50 wiederaufladbare Geräte. Wenn Sie wissen, was Sie haben, wie Sie es warten und wann Sie es ersetzen müssen, halten diese Investitionen länger und erzielen eine bessere Leistung.
