Die Nickel-Mangan-Batteriezellen für Elektrofahrzeuge sollen ab Juni 2021 in China gefertigt werden, ab 2023 womöglich auch in Deutschland. Die Zellen ohne dem problematischen Schwermetall Kobalt sind ab sofort bestellbar.

Die Demokratische Republik Kongo gehört zu den ärmsten Ländern der Erde. Doch zugleich ist der von Bürgerkriegen und Korruption ausgezehrte Staat bislang eines der Schlüsselländer für die weltweite Elektromobilität – wegen seines Reichtums an Kobalt: Batteriehersteller verwenden das Schwermetall, um Kathoden für Batteriezellen herzustellen. Schätzungen der US-amerikanischen Behörde United States Geological Survey zufolge kommen heute 71 Prozent des weltweit verwendeten Kobalts aus dem Kongo.

Dort wird das Schwermetall aber häufig unter unmenschlichen Bedingungen abgebaut, Menschenrechtler beklagen Kinderarbeit. Deshalb – und wegen der Abhängigkeit der Rohstoffversorgung von einem einzigen Land sowie des relativ hohen Preises – arbeiten die Batteriehersteller daran, den Kobalt-Anteil in den Kathoden zu reduzieren oder gleich ganz zu ersetzen.

Der chinesische Hersteller Svolt hat nun erklärt, dass er ab Juni 2021 in seinem Werk in Jintan bei Shanghai  mit der Serienfertigung von kobaltfreien Nickel-Mangan-Batteriezellen (NMX) für die Akkus von Elektrofahrzeugen zu starten. Die neuen Zellen sind ab sofort bestellbar. Ab 2023 können sie nach Angaben des Unternehmens auch in seinem Werk in Saarland produziert werden, dessen Bau derzeit geplant wird. Das Investitionsvolumen dort beläuft sich auf zwei Milliarden Euro.

Höhere thermische Stabilität, geringere Alterung

Wegen des vollständigen Verzichts auf Kobalt sowie eines gesenkten Nickel-Gehalts sind die kobaltfreien NMX-Zellen von Svolt eigenen Angaben zufolge rund fünf Prozent preiswerter als klassische Hochnickelbatteriezellen. Gleichzeitig erreichten sie eine Energiedichte, die nur knapp fünf Prozent unter der von vergleichbaren NCM-Batteriezellen liegt.

Die Svolt-Zellen bestehen zu 75 Prozent aus Nickel und 25 Prozent aus Mangan. Sie werden über eigens entwickelte Doping- und Coating-Prozesse stabilisiert. So erreichen sie dem Hersteller zufolge eine höhere thermische Stabilität sowie Gesamtsicherheit als NCM-Zellen.

Zudem gibt Svolt an, die Zyklenalterung ebenso wie die kalendarische Alterung der NMX-Zellen im Vergleich zu herkömmlichen NCM-Batteriezellen deutlich verbessert zu haben. Gelungen sei dies durch ein eigens entwickeltes Kathodenmaterial. Eingesetzt wird ein Einzelkristall mit einer hauchdünnen Oberflächenbeschichtung („Nano-Coating“), die aus nur wenigen Hundert Molekülen besteht. Innerhalb der Batteriezelle reduziert der Einzelkristall eine der Hauptursachen für die Alterung von Batterien für Elektroautos: die Entstehung von Mikro-Rissen sowie -Brüchen im aktiven Kathodenmaterial und damit der Verschleiß der Zelle. Gleichzeitig schützt die nur wenige Nanometer dicke Beschichtung die Oberfläche des eingesetzten Kathodenmaterials vor Nebenreaktionen mit dem Elektrolyten.

Zudem setzt Svolt auf ein ergänzendes Dotierungsverfahren („Doping“), bei dem Fremdatome, das sogenannte Dotierungsmaterial, in das Kathodenmaterial eingebracht und dort positioniert werden. Auf diese Weise gelingt es SVOLT nicht nur die NMX-Zellen ohne Kobalt zu stabilisieren, sondern zudem die Beweglichkeit der Lithium-Ionen in der Kathode sowie die Leitfähigkeit – und damit die Leistung der Batterie – zu steigern.

Erste Zellen ab dem zweiten Quartal 2021 verfügbar

Svolt bietet weltweit zunächst zwei Größen der neuartigen Nickel-Mangan-Batteriezellen an – zum einen als kobaltfreie Zellen mit 115 Ah und einer Energiedichte von 245 Wattstunden pro Kilogramm in einem MEB-Format (33,4 x 220 x 102,5 Millimeter). Ihre Spannung liegt bei 3,74 Volt, die Kapazität bei 430 Wattstunden. Damit erzielt sie eine effektiv nutzbare Kapazität von 396 Wattstunden. Verfügbar sein wird diese Zellvariante voraussichtlich ab dem zweiten Quartal 2021.

Ebenfalls bestellbar ist eine kobaltfreie Zellvariante mit 226 Ah und einer Energiedichte von 240 Wattstunden pro Kilogramm, die voraussichtlich ab dem vierten Quartal 2021 verfügbar sein wird. Bei der 226-Ah-Ausführung handelt es sich um das Svolt -eigene Zellformat L6 (21,5 x 574 x 118 Millimeter). L-Zellen sind lange Batteriezellen in dünner prismatischer Ausführung mit seitlich positionierten Elektroden und Entgasungsventilen.

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