Ein Team des Lehrstuhls „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen hat aktuelle Antriebsbatterien von Tesla und von Chinas führendem Elektrofahrzeug-Hersteller BYD zerlegt und die beiden Akkus miteinander verglichen. Die am 6. März in der Fachzeitschrift „Cell Reports Physical Science“ veröffentlichten Ergebnisse zeigen unter anderem, dass bei Teslas 4680-Zellen eine hohe Energiedichte im Vordergrund steht, während bei der Blade-Zelle von BYD die Volumeneffizienz und kostengünstigere Materialien bedeutsamer sind. Der Studie zufolge ist die Batterie von BYD effizienter, weil sie ein einfacheres Wärmemanagement ermöglicht.
„Beide Akteure haben immer nur wenige Daten zu ihren Batterien preisgegeben, so dass die mechanische Struktur und die meisten Eigenschaften der Zellen bis dato im Verborgenen geblieben sind“, sagt PEM-Leiter Professor Achim Kampker. Generell gebe es nur wenige detaillierte Daten und Analysen zu modernen Elektrofahrzeug-Batterien. Die RWTH-Forschenden untersuchten daher die mechanische Konstruktion, die Abmessungen und die elektrischen und thermischen Eigenschaften der Zellen sowie die genaue Materialzusammensetzung der Elektroden. Außerdem ermittelten sie die Kosten der Zellmaterialien und die für den Zusammenbau verwendeten Verfahren. „Wir waren überrascht, dass in den Anoden beider Batterien kein Silizium enthalten ist – vor allem bei Teslas Zelle, da Silizium in der Forschung weithin als Schlüsselmaterial zur Erhöhung der Energiedichte gilt“, sagt PEM-Leitungsmitglied Professor Heiner Heimes.
Die Forschenden fanden zudem heraus, dass die beiden „hochgradig innovativen“ und „grundlegend unterschiedlich designten“ Batterietypen erhebliche Unterschiede in der Geschwindigkeit aufweisen, mit der sie sich im Verhältnis zu ihrer maximalen Kapazität aufladen oder entladen lassen. Der Studie zufolge liegt der Blade-Zelle von BYD eine besondere Methode zugrunde, bei der durch Laminierung der Separartorkanten die Anoden und Kathoden im Elektrodenstapel in idealer Position zueinander fixiert werden. Die Tesla-Batterie nutze indes ein neuartiges Bindemittel, das die aktiven Materialien in den Elektroden zusammenhält. Die Batterien wiesen allerdings auch unerwartete Ähnlichkeiten auf: So wurden ihre dünnen Elektrodenfolien jeweils mit dem noch ungewöhnlichen Laserschweißen anstatt mit dem marktüblichen Ultraschallschweißen miteinander verbunden. Und: „Obwohl die Zelle von BYD viel größer ist als die von Tesla, ist der Anteil der passiven Zellkomponenten wie Stromabnehmer, Gehäuse und Stromschienen ähnlich“, sagt Kampker. „Die Ergebnisse liefern der Industrie bereits einen Maßstab für großformatige Zelldesigns und dienen als belastbare Grundlage für weitere Optimierungen.“ Laut dem PEM-Experten und Hauptautoren Jonas Gorsch sind weitere Studien für andere Parameter erforderlich, „aber die aktuellen Ergebnisse liefern sowohl der Forschung als auch der Industrie bereits einen Maßstab für großformatige Zelldesigns und dienen als belastbare Grundlage für weitere Analysen und Optimierungen“. Die Studie war mit Unterstützung des „Münster Electrochemical Energy Technology“ (MEET) und des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) im Zuge des Forschungsprojekts FoFeBat2 entstanden und ist als kostenfreier Download verfügbar.
Dieser Beitrag ist in der Juni-Ausgabe des eMove360° Magazins erschienen. Kostenlos PDF downloaden oder Printversion bestellen bei sabine.metzger@emove360.com.
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