Batterien für E-Autos – schnell laden oder weit kommen?

Frickenhausen bei Stuttgart, 8. August 2023 – Eine neue Generation von Batteriezellen verspricht eine Schnellladezeit von unter 15 Minuten und bietet eine Energiedichte von 330 Wh/ kg. Wie Anbieter Farasis Energy diese Eigenschaften erreicht und wie der Kunde sie nach seinen Bedürfnissen nutzen kann, erklärt General Manager Europe Dr. Stefan Bergold.

„Mit einer Energiedichte von 330 Wh/ kg können unsere Batteriezellen der Generation 4 eine Reichweite von rund 1.000 Kilometern erzielen“, fasst Dr. Stefan Bergold, General Manager Europe bei Farasis Energy, zusammen.

Farasis Energy gehört zu den Pionieren in der Forschung und Entwicklung von Batteriezellen. Welche Entwicklungen zeichnen die vierte Generation Ihrer Batteriezellen aus?
Dr. Stefan Bergold: Farasis bietet mit der Ultra-High-Power-Erweiterung der Generation-4-Batteriezellen Reichweite wie auch Schnellladung, um den verschiedenen Kundenbedürfnissen gerecht zu werden. Mit einer Energiedichte von 330 Wh/ kg kann eine Reichweite von rund 1.000 Kilometern erzielt werden.
Kunden, die mehr Wert auf die Schnellladefähigkeit legen, profitieren von einer Batterie mit angepasstem Zelldesign. Dies kann Auswirkungen auf die Energiedichte haben, ermöglicht aber, dass die Batterie im Schnelllademodus in nur 15 Minuten von 10 auf 80 Prozent aufgeladen werden kann. Eine zusätzliche Reichweite von 250 Kilometern kann durch schnelles Nachladen sogar in weniger als 8 Minuten erzielt werden.

Die Schnellladezeit Ihrer Batterie von unter 15 Minuten ist beeindruckend. Wie hat Farasis Energy es geschafft, diese schnelle Ladezeit zu erreichen und welche Auswirkungen hat das auf die Batterielebensdauer?
Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Schnellladefähigkeit von Batterien zu verbessern. Neben der Optimierung des elektrischen Designs der Zelle und des Gesamtsystems betrifft dies vor allem eine optimale Kühlung. Fortschritte bei Lithium-Ionen-Batterien, wie die Verwendung neuer Materialien für Elektroden und Elektrolyte, können die Ladezeit zusätzlich verkürzen. Die Erhöhung der Spannungslage – von 450 V auf 800 V oder mehr – kann ebenfalls zu einer Steigerung der Schnellladefähigkeit führen.
Die Schnellladefähigkeit hat Auswirkungen auf den Lebenszyklus einer Batterie. Wenn man in 12 bis 15 Minuten schnellladen möchte, liegt der Lebenszyklus bei ca. 1.200 Zyklen. Lädt man dieselbe Menge innerhalb von 60 Minuten, liegt der Lebenszyklus bei ca. 4.000 Zyklen. Hier ist der Kunde gefragt: Er kann die Batterie je nach Präferenz auslegen lassen.

Auch die hohe Energiedichte von 330 Wh/ kg erregt Aufsehen. Wie ist das gelungen?
Generell gibt es hier verschiedene Optionen, zum Beispiel die Entwicklung und Verwendung neuer Materialien für die Batterieelektroden. Grundsätzlich kann auch die Optimierung der Batteriearchitektur zu einer höheren Energiedichte beitragen, indem die Struktur und Gestaltung der Batterie entsprechend ausgelegt wird.

Die Flexibilität, den Fokus je nach Kundenwunsch auf die Reichweite oder die Schnellladefähigkeit zu legen, ist eine außergewöhnliche Eigenschaft. Wie wird dies technisch umgesetzt und welche Möglichkeiten eröffnet dies für die Entwicklung von Elektrofahrzeugen?
Für jede Generation entwickeln wir eine Basis für die Zellchemie und das Zelldesign. Innerhalb dieser Generation lassen sich dann durch Feinjustierung etwa an der Zellchemie die erwünschten Parameter erreichen. Dabei können wir immer auf den vorhandenen Reifegrad und die grundlegenden Eigenschaften der Zellgeneration zurückgreifen.

Farasis Energy bezeichnet sich selbst als Treiber einer nachhaltigen Mobilität. Welche Maßnahmen und Strategien hat das Unternehmen ergriffen, um die Nachhaltigkeitsziele entlang der gesamten Wertschöpfungskette der Batterien zu erreichen?
Um die Batterieentwicklung entlang der gesamten Wertschöpfungskette nachhaltig zu gestalten, setzen wir auf verschiedene Maßnahmen und Strategien in der Rohstoffbeschaffung, der Herstellung wie auch im Recycling. Als Mitglied der RCI Initiative (Responsible Cobalt Initiative) unterstützen wir die Einhaltung von ethischen Standards im Kobaltabbau. Ebenso sind wir Mitglied in der Initiative of Responsible Mining Assurance (IRMA) und setzen somit die entsprechenden Standards für Lithium- und Kobaltminen um.
Bei der Zell- und Batterieherstellung achten wir auf eine Reduzierung des Energie- und Wasserverbrauchs und minimieren Abfall und Emissionen während des Herstellungsprozesses durch effiziente Produktionsmethoden sowie den Einsatz erneuerbarer Energien.
Zu guter Letzt gilt es, die Batterien zu recyceln, um wertvolle Materialien zurückzugewinnen, die Ressourcenknappheit und die Umweltauswirkungen der Batterieherstellung zu verringern. Stand heute gibt es noch nicht genügend Batterien und Ausschuss zum Recyceln. Das wird in rund 10 Jahren sicherlich anders aussehen, sodass wir recyceltes Material nutzen werden. Wir haben diesbezüglich bereits ein Direct-Recycling-Konzept.

Mit den aktuellen Entwicklungen in der Elektromobilität und den steigenden Anforderungen an Batterien, wie sehen Sie die Zukunft der Batteriesicherheitstechnologie? Welche neuen Ansätze oder Technologien sind vielversprechend, um die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien weiter zu verbessern?
Die meisten Lithium-Ionen-Zellen in Elektrofahrzeugen erfüllen bereits heute höchste Sicherheitsstandards. Dennoch gibt es weitere Ansätze und Technologien, um die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien weiter zu verbessern.
Wir haben beispielsweise das Design unserer Batteriemodule optimiert, um im unwahrscheinlichen Falle eines thermischen Einzelzellversagens die Ausbreitung im Modul zu verhindern. Insbesondere bei Hochenergie-Pouch-Zellen, wie unserer Generation 4, ist dies lange für unmöglich erachtet worden. Die Batteriesicherheit wird dadurch deutlich erhöht, trotz Steigerung des Energieinhaltes bzw. der Energiedichte – ein wichtiger Vorteil für OEMs angesichts der immer strengeren Sicherheitsstandards für E-Autos, von denen auch alle anderen Anwendungen profitieren.
Die Entwicklung und Verwendung von entflammungshemmenden Materialien ist ebenfalls ein vielversprechender Ansatz. Dazu gehören beispielsweise feuerfeste Elektrolyte oder Brandhemmer, die im Inneren der Batterie eingesetzt werden, aber auch sichere und nachhaltige kunststoffbasierte Batteriegehäuse. Farasis Energy arbeitet gemeinsam mit Kautex, dem Fraunhofer Institut und dem Bundesministerium für Wirtschaft und Klima im Rahmen der SiKuBa-Initiative an einer diesbezüglichen Methodenentwicklung.
Intelligente Batteriemanagement-Systeme können darüber hinaus eine präzisere Überwachung und Steuerung der Batteriebetriebsparameter ermöglichen. Dies gewährleistet den optimalen Betrieb der Batterie für maximale Lebensdauer und Performance.

Können Sie uns abschließend noch einen Ausblick auf weitere Entwicklungen aus Ihrem Hause geben, mit denen in naher Zukunft zu rechnen ist?
Wir stellen demnächst unsere neue Zellgeneration, Generation 5, vor, die durch noch höhere Reichweite, noch schnelleres Laden und einen noch höheren Lebenszyklus besticht. Darüber hinaus entwickeln wir neue Ansätze, um die Batterietechnologie in ihrer Gesamtheit zu optimieren, sei es in der Rohstoffbeschaffung, der Chemie oder dem Anoden- und Kathodenmaterial sowie in der Batteriesicherheit. Seit Ende März läuft unsere Modul- und Packproduktion in der Türkei, die Grundsteinlegung für die Zellfabrik fand ebenfalls vor kurzem statt, sodass wir demnächst von unserem Joint Venture Partner Siro aus der Türkei beliefert werden. Die Zukunft bleibt spannend!

Vielen Dank Herr Dr. Bergold.

Quelle: www.konstruktionspraxis.vogel.de

Über Farasis Energy
Farasis Energy ist ein führender Entwickler und Produzent von hochleistungsfähiger Lithium-Ionen-Batterietechnologie sowie Pouch-Zellen für die Elektromobilität und weiteren nachhaltigen Energiespeicher-Lösungen. Das 2002 von Dr. Keith Kepler und Dr. Yu Wang in Kalifornien gegründete Unternehmen betreibt heute Forschungs- und Entwicklungszentren in China, Deutschland und den USA. Derzeit gibt es zwei Produktionsstätten in Ganzhou und Zhenjiang (China), weitere sind bis 2025 in der Entstehung mit einer geplanten Gesamtkapazität von 180 GWh/a. Mit der Gründung des Joint Ventures Siro zwischen dem türkischen Elektroautohersteller Togg und Farasis Energy entsteht auch ein neues Batteriewerk in Gemlik (Türkei). Mit mehr als zwanzig Jahren Erfahrung in Forschung und Entwicklung und mit über 150 Patenten gestaltet Farasis Energy als Pionier die Zukunft der Elektromobilität. Zu den großen strategischen Partnern zählen neben Togg ebenfalls Unternehmen wie Mercedes-Benz und Geely.
Weitere Informationen unter www.farasis-energy.com.

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