Ankündigung

Einklappen
Keine Ankündigung bisher.

4680-Batterien von Tesla speichern ernüchternd wenig Energie

Einklappen

AdTags for bol_rotation_160x600 (6695942)

Einklappen
X
Einklappen
  •  

  • 4680-Batterien von Tesla speichern ernüchternd wenig Energie

    4680-Batterien von Tesla speichern ernüchternd wenig Energie​Als Teslas neue Batteriezellen 4680 vor zwei Jahren auf dem Battery Day 2020 vorgestellt wurden, hieß es, dass sie in 15 Minuten aufgeladen werden könnten und dass allein ihr neues Format die Reichweite um 16 % erhöhen würde. Die Enttäuschung der Tesla-Fans war daher groß, als das neue Model Y mit den 4680er Zellen mit einer Batteriekapazität von nur 75 kWh auf den Markt kam und die Schnellladung 32 Minuten dauerte. Nach eingehenden Recherchen ist nun klar, dass der Grund dafür in den 4680-Zellen selbst zu suchen ist.

    Die Energiedichte der neuen Zellen liegt bestenfalls bei 244 Wh/kg, selbst wenn sie mit 4,3 Volt aufgeladen und mit 2,5 Volt entladen werden. Das ist bereits ein niedriger Wert, aber im Normalbetrieb werden die Zellen nur mit 4,2 Volt aufgeladen und mit 3 Volt entladen. Die Energiedichte sinkt dann auf etwa 230 Wh/kg. Erwartet wurde hingegen ein Wert von 276 Wh/kg.

    Der veröffentlichte Studienbericht lieferte zwar nicht alle Daten, die notwendig sind, um den Grund für diese niedrige Energiedichte zu verstehen, aber er lieferte zumindest einige Hinweise. Ein Teil der Erklärung liegt im Fehlen von Silizium in der Anode. Die in den Zellen verwendeten Anoden bestehen aus reinem Graphit. Die Verwendung von Silizium erhöht die Lithiumverluste in der Zelle bei der ersten Ladung, so dass diese Entscheidung auf den derzeitigen Lithiummangel zurückzuführen sein könnte.

    Mittlerweile ist es üblich, kleine Mengen Silizium, das etwa zehnmal so viel Lithium speichern kann, zu verwenden, um die Energiedichte zu erhöhen. Dadurch können das Gewicht und die Dicke der Anode reduziert werden, was die Energiedichte erhöht und die Ladezeit verkürzt. Der Ladevorgang von Graphit wird immer langsamer, je mehr sich der Lithiumgehalt der Anode der maximal möglichen Menge nähert. Im Gegensatz dazu kann Silizium das Lithium viel schneller aufnehmen. Ein Siliziumanteil reduziert also nicht nur das Gewicht, sondern verzögert auch den Punkt, ab dem sich der Ladevorgang verlangsamt.

    Die Anode wird von Tesla in einem platz- und energiesparenden Trockenverfahren beschichtet. Das Graphit wird mit einem Bindemittel erhitzt und mithilfe von Walzen auf die Kupferfolie der Anode aufgetragen. Die so entstandene Schicht aus Anodenmaterial ist jedoch mit 250 Mikrometern ungewöhnlich dick. Das spart Kupfer und erleichtert die Produktion, da mehr Material mit größeren Toleranzen verarbeitet werden kann. Es erhöht aber auch den Widerstand der Ionenleitung in den Zellen und verlängert den Ladevorgang.

    Der Grund für die Dicke der Anode könnte auch mit der Kathode zusammenhängen, von der bereits bekannt war, dass sie noch mit dem herkömmlichen Nassverfahren bearbeitet wurde, bei dem das Material mit einem Lösungsmittel auf die Aluminiumfolie aufgetragen wird, das dann verdampft und wiederverwertet wird. Tesla wollte dieses Verfahren für die Anode und die Kathode anwenden, aber es stellte sich heraus, dass die Behandlung des härteren und dünneren Kathodenmaterials die Walzen beschädigen würde.

    Bei der Kathode selbst handelt es sich übrigens nicht mehr um NCA, Nickel-Kobalt-Aluminium, das Tesla in den kleinen Zellen 18650 und 2170 verwendet, sondern um NMC, d. h. Nickel-Mangan-Kobalt. Beide Materialien haben eine vergleichbare Energiedichte, aber der Kobaltanteil in den drei Metallen ist etwas höher (12 %). Die Produktion von Akkumulatoren wird derzeit jedoch eher durch die Knappheit von Lithium als durch die Verfügbarkeit von Kobalt eingeschränkt. Der Grund dafür ist wahrscheinlich die etwas höhere Hitzebeständigkeit von NMC im Vergleich zu NCA.

    Es ist möglich, dass Tesla durch das Nassverfahren schneller dickere Kathoden herstellen kann und im Gegenzug die lange Ladedauer in Kauf nimmt, da das nicht funktionierende Trockenverfahren zur Herstellung der Kathode derzeit die Produktionskapazität der 4680-Zellen in den Fabriken begrenzt.

    Trotz allem ist die Ursache für das höhere Gewicht der Zellen noch nicht vollständig geklärt. Der Verzicht auf Silizium erklärt nicht einen Verlust von 15 % bei der Energiedichte. Die dickere Beschichtung der Anoden- und Kathodenfilme sollte sogar zu einem geringeren Gewicht führen. Es kann auch nicht an der Stahlhülse der Zelle 4680 liegen, die mehr als doppelt so dick ist wie die der Zelle 2170. Tatsächlich hat die Zelle auch einen mehr als doppelt so großen Durchmesser, so dass der Gewichtsanteil des Stahls in der Zelle konstant bleibt.

    Ein weiterer möglicher Faktor ist, dass bei der Verarbeitung der dicken Beschichtung von Kathoden und Anoden eine größere Menge Bindemittel verwendet wird und zwischen den Partikeln größere Leerräume für den Elektrolyten entstehen. Dadurch kann der Widerstand der Ionenleitung in den Zellen, der durch die dicke Beschichtung erhöht wurde, verringert werden. Dies würde auch den Anteil des aktiven Materials in den Zellen und damit die Energiedichte verringern.

    Sicher ist, dass die 4680er Zellen derzeit weit davon entfernt sind, die versprochenen Vorteile in Bezug auf Energiedichte und Reichweite zu bieten, und dass sie weniger Energie speichern als Packs mit den alten 2170er Zellen. Eine wesentliche Verbesserung wird es wahrscheinlich erst geben, wenn Tesla seine Produktionsprobleme in den Griff bekommen hat.

    Um eine signifikant höhere Energiedichte zu erreichen, müssen die Batteriechemie und die Konstruktion der 4680-Zelle wahrscheinlich mehrfach überarbeitet werden. Aber selbst dann wird die Energiedichte des Akkupacks wahrscheinlich dauerhaft niedriger bleiben als die des Qilin-Akkupacks von CATL.

      Einen Kommentar schreiben

      Bitte gib die sechs Buchstaben oder Zahlen ein, welche in der Grafik unterhalb zu sehen sind.

      Sicherheitsgrfik bei der Registrierung Grafik neu laden

    Neue Artikel

    Einklappen

    • Volkswagen gibt Cariad mehr Macht im Konzern um Softwareprobleme zu lösen
      von Redaktion
      ​Die Cariad-Softwareabteilung des Volkswagen-Konzerns hat in den fast drei Jahren ihres Bestehens fast nur Kontroversen hervorgerufen.

      Gegründet, um die Last der Schaffung einer digitalen Zukunft für die immer noch ziemlich analoge Flotte des Konzerns zu schultern, wurde sie zum öffentlichen Gesicht des Scheiterns, eine funktionierende Software mit den ersten Volksagen ID 3 Elektroautos auszuliefern.

      Die fehlerhafte Software trug die Bezeichnung 1.1, und es war nicht...
      Heute, 07:41
    • Der neue Volvo EX30
      von Redaktion
      ​Nach der Vorstellung des Flaggschiffs EX90 wird Volvo seine Produktpalette mit der Einführung eines neuen, erschwinglicheren Elektro-SUV nach unten hin erweitern. Er wird wahrscheinlich EX30 heißen, und die ersten Anzeichen deuten darauf hin, dass Volvo dem Neuankömmling das gleiche klobige Profil geben will wie seinen größeren Stallgefährten.

      Volvo hatte das kleine Modell bei der Ankündigung des EX90 im November bereits angedeutet. Ein schemenhaftes Bild verriet, dass der...
      Gestern, 20:16
    • Wer auffährt, hat immer Schuld - stimmt nicht ganz!
      von Redaktion
      ​"Wer auffährt, hat immer Schuld" ist ein weit verbreiteter Irrglaube. In Wirklichkeit kommt es immer auf den Einzelfall an. Meist wird angenommen, dass der Auffahrende Schuld trägt, weil er zu schnell gefahren oder zu dicht aufgefahren ist. Aber auch der Vorausfahrende kann ein Mitverschulden tragen, beispielsweise, wenn er ohne triftigen Grund stark bremst.

      Laut Straßenverkehrsordnung (StVO) gilt bei Auffahrunfällen erst einmal der Anscheinsbeweis, dass der Hintermann...
      Gestern, 07:57
    • TMH belegt enormes Potenzial für aggregierte Fahrzeugbatterien im Energiemarkt
      von Redaktion
      ​The Mobility House hat gemeinsam mit seinen Partnern am EUREF-Campus in Berlin erfolgreich das Potenzial von gebündelten Fahrzeugbatterien im Energiemarkt bewiesen. Hierbei wurden reale Anwendungen an der europäischen Strombörse (EPEX Spot) genutzt, um vierstellige Erlöse pro Fahrzeug zu erzielen. Die Ergebnisse stammen aus einer sechsmonatigen Feldstudie, die an dem EUREF-Campus in Berlin durchgeführt wurde.

      Anders als bei früheren Simulationen wurde in diesem Test das Potential...
      Gestern, 07:39
    • Jetzt offiziell: Wolfspeed baut Siliziumkarbid-Fabrik im Saarland
      von Redaktion
      ​Der US-Halbleiterhersteller Wolfspeed hat seine Pläne für den Bau einer Produktionsstätte für Siliziumkarbid-Halbleiter in Kooperation mit ZF Friedrichshafen im Saarland offiziell bestätigt. Die 200-mm-Wafer-Anlage soll die modernste ihrer Art sein und als Teil eines Gemeinschaftsprojekts im Rahmen des IPCEI (Industrial Public-Private Partnership on Electronc Components and Systems) für Mikroelektronik und Kommunikationstechnologien geplant werden. Die Fabrik soll später bis zu 600 Arbeitsplätze...
      Gestern, 07:34
    • Verbandskasten-Pflicht erweitert: Ab jetzt müssen zwei Mundschutzmasken im Auto sein
      von Redaktion
      ​Verbandskästen im Auto bekommen ein neues Update: Ab dem 1. Februar 2023 müssen sie mindestens zwei Mund-Nasenschutzmasken enthalten. Die neue DIN-Norm 13164 wurde vom Deutschen Institut für Normung eingeführt, aber noch nicht gesetzlich verankert. Das bedeutet, dass bei fehlenden Masken zwar eine neue DIN-Norm gilt, aber keine Strafe durch das Gesetz. Hersteller von Verbandskästen müssen sich an die neue Norm halten, aber es besteht noch keine Pflicht, zwei Masken im Auto zu tragen. Bei...
      01.02.2023, 13:23

    Stichworte

    Einklappen

    audi (258) batterie (444) bev (1139) bmw (248) brennstoffzelle (148) china (499) deutschland (167) elektroauto (158) europa (232) fcev (123) frankreich (124) hpc (121) hyundai (156) konzept (124) ladestationen (236) lieferanten (250) meb (129) mercedes (130) phev (216) porsche (122) renault (123) startup (122) tesla (360) usa (390) volkswagen (372)
    Lädt...
    X