Um den Reifegrad von Batteriespeichern abzuschätzen ist die Analyse der Grenzkosten für die Technologie sinnvoll. Eine Unterscheidung anhand der Batteriechemie LFP und NMC ist für eine Differenzierung wichtig. Lithium-Eisenphosphate (LFP) besitzen eine hohe Zyklenfestigkeit, hohe thermische Stabilität und geringere Produktionskosten, weshalb sie sich besonders für stationäre Speicher eignen. Für mobile Anwendungen wie z.B. in Fahrzeugen mit begrenztem Platzangebot ist die Wahl der höheren Energiedichte von Lithium-Mischoxiden wie NMC sinnvoll. Außerdem wird eine höhere Laderate ermöglicht, was sich jedoch in einem höheren Gesamtpreis für die Anwendung niederschlägt.
Im direkten Vergleich ist die gravimetrische und volumetrische Energiedichten von NMC Batteriespeicher höher als von LFP. Bei einer höheren Zellspannung ergibt das höhere Kapazität. Für eine Kapazität von beispielsweise 50 kWh wiegt eine LFP Batterie etwa 80 kg mehr und benötigt 30 % mehr Platz als eine NMC Batterie. Die Herstellungskosten unterscheiden sich deshalb, weil LFP Eisen und Phosphorsäure benötigt, welches in großen Mengen günstig verfügbar ist. Dagegen benötigt NMC teures Nickel und ggf. Kobalt.
Lithium-Eisenphosphat (LFP)
- Gravimetrische Energiedichte: 220 – 280 Wh/kg
- Volumetrische Energiedichte: 320 – 420 Wh/L
- Zellspannung: 3.2 V mit 150 mAh / g
- Zyklenanzahl: 6.000 – 10.000 (80 % SoH)
- Volumenänderung beim Laden / Entladen: 6 – 8 %
- Aktuelle Zellpreise 60 – 80 USD/kWh
Lithium-Mischoxide (NMC)
- Gravimetrische Zellspannung: 140 – 180 Wh/kg
- Volumetrische Energiedichte: 550 – 720 Wh/L
- Zellspannung 3.7 V mit 200 mAh / g
- Zyklenanzahl: 1.500 – 3.000 (80 % SoH)
- Volumenänderung beim Laden / Entladen: 8 – 10 %
- Aktuelle Zellpreise 80 – 100 USD/kWh
Beim Entladen hat NMC einen stärkeren Spannungsabfall als LFP, wodurch sich der Ladezustand von NMC besser messen lässt (SoC). Außerdem hat LFP zwischen 20 und 80 % nur geringe Änderung in der Spannung, weshalb eine präzisere Messtechnik für den Ladezustand notwendig ist. Dies erfordert in der Regel eine aufwendigere Elektronik für LFP Systeme. Da NMC bei Überhitzung zu einem schnelleren thermischen Durchgehen negt, sind aufwendigere Sicherheitssysteme notwendig. Zum einen werden mehr Temperatursensoren verbaut, um Hotspots frühzeitig zu erkennen. Zum anderen werden Druck- und Gassensoren verwendet, um CO2 Ausgasungen, H2 oder Elektrolyt zu detektieren. In LFP und NMC Systemen sind Hochvoltsicherungen notwendig, die den Stromkreis bei einem Unfall oder Kurzschluss sehr schnell trennen.
Vergleich Verbrenner und Elektroauto
- Benziner Kompaktklasse
- Antriebskosten Verbrenner: 3.000 – 4.000 €
- Fahrwerk & Karosserie: 6.000 – 8.000 €
- Thermomanagement: 5.00 – 1.000 €
- Elektronik & Software: 1.500 – 2.000 €
- Gesamtherstellungskosten: 12.000 – 17.000
- Elektroauto 50 kWh
- Antriebskosten: 7.500 – 10.000 €
- Fahrwerk & Karosserie: 7.500 – 10.000 €
- Thermomanagment: 1.200 – 2.000 €
- Elektronik & Software: 3.000 – 5.000 €
- Gesamt: 23.000 – 32.000
Quellen
BloombergNEF (BNEF) – Annual Lithium-Ion Battery Price Survey [1]
Benchmark Mineral Intelligence (BMI) – Battery Cell Cost Index
International Council on Clean Transportation (ICCT)