Akku-Technologien Lithium-Eisenphosphat als Alternative zum Li-Ionen-Akku

Hohe Robustheit und eine sehr hohe Zyklenfestigkeit mit Zyklenzahlen deutlich über 1000 bei 10C Entladestrom und 100 DOD machen Lithium-Eisenphosphat für Anwendungen, die keine Energiedichten über 3000 W/kg benötigen wie etwa autonome Rasenmäher, zu einer interessanten Alternative zu klassischen Lithium-Ionen-Akkus.

Wenn es um die Energiespeicherung für autonome Geräte geht, muss es nicht immer Kobalt sein: Lithium-Eisenphosphat-Akkus sind robuster und langlebiger und empfehlen sich in verschiedenen Anwendungen als Alternative zum klassischen Lithium-Ionen-Akku.

Lithium-Eisenphosphat-Akkus stellen eine besonders robuste Lithium-Ionen-Technologie dar. Ansmann Industrielösungen hat mit dieser Akku-Technologie in mehreren Kundenprojekten ausschließlich gute Erfahrungen gesammelt. Auf der diesjährigen LOGIMAT in Stuttgart präsentierte das Unternehmen es deshalb als zielführende Akku- und Ladesystem-Alternative für den Einsatz in führerlosen Transportsystemen (FTS), mobilen Bühnen und Fahrzeugen aller Art vor.

Im Lithium-Eisenphosphat-Akku wird die klassische Lithium-Kobaltoxid-Kathode der Li-Ionen-Akkus durch eine Lithium-Eisenphosphat-Kathode (LiFePO4-Kathode) ersetzt. Als Material der positiven Elektrode wird Lithium-Eisenphosphat anstelle des herkömmlichem Lithium-Cobaltoxids (LiCoO2) verwendet. Die negative Elektrode besteht aus Graphit oder hartem Kohlenstoff mit eingelagertem Lithium. Ergebnis dieses Aufbaus sind höhere Robustheit und eine sehr hohe Zyklenfestigkeit des Systems, mit deutlich über 1000 Zyklen bei 10C Entladestrom und 100 DOD. Hinzu kommt eine für viele Anwendungen ausreichende Energiedichte von bis zu 3000 W/kg und keinerlei Neigung zum gefürchteten thermischen Durchbrennen.

Sehr gute Ergebnisse erzielten die Experten von Ansmann Industrielösungen mit Eisenphosphat-Lösungen in den vergangenen Jahren speziell bei Logistikanwendungen, wie Flurförderfahrzeugen, Hubwagen und Hebefahrzeugen für große und schwere Warenbewegungen. So sind Modullösungen mit bis zu 600 A Spitzenstrom realisierbar. Auch als Starterbatterie könnte LiFePO4 wegen seiner hohen Spitzenströme und Temperaturunempfindlichkeit eingesetzt werden und als Ersatz für die herkömmliche Bleibatterie etwa für schwere Motorräder hervorragende Dienste leisten.

LiFePO4 geht nicht durch

Technische Vorteile von Lithium-Eisenphosphat sind besonders kurzen Ladezeiten sowie hohe Entladeströme. Häufigster Grund für den Einsatz ist jedoch die weitaus geringere Überhitzungsgefahr bei Beschädigung, da nicht wie beim Lithium-Kobalt-Akku oder Lithium-Mangan-Akku beim Durchbrechen der Trennschicht Sauerstoff freisetzt wird. Empfehlenswert sind LiFe-Akkus wie die hier vorgestellten Lithium-Eisenphosphat-Packs mit 3,2 oder 3,3 V Batteriespannung bei Neuentwicklungen von robusten mobilen Arbeitsgeräten und Maschinen. Umrüstungen sind wegen der völlig anderen Zellgrößen eher schwierig – auch wenn sie zunehmend attraktiv wären. Denn, und dies spielt aufgrund der Verknappungssituation bei Zellen eine große Rolle: Die Produktionslinien bei den Herstellern sind längst nicht im gleichen Maße überbucht wie die der Li-Ionen-Zellfertigungen.

Die Neigung zum thermischen Durchgehen ist dabei, wie erwähnt, deutlich geringer als bei klassischen Lithium-Packs. Auch besitzt ein solches System trotz Hochstrom-Eigenschaften je nach Zellentyp in der 3,2-V-Version eine Ladetemperatur von –40 bis +80 °C. Im Vergleich: 1,2-V-NiMH-Hochtemperaturzellen für Notbeleuchtung wären zwar ebenfalls für –10 bis +65 °C Umgebungstemperatur geeignet. Der Preis hierfür bei NiMH wäre jedoch – bedingt durch hohen Innenwiderstand der NiMH-Zellen – ein stark eingeschränkter Lade- und Entladestrom. Außerdem würden mehr als zweieinhalb Mal so viele Zellen benötigt, um die gleiche Spannung zu erreichen. Das bedeutet, FePO4 schlägt auch NiMH-Zellen in allen Belangen von Temperatur, Lebensdauer, Ladung/Entladung und Hochstromverhalten.

Die höhere Spannung sorgt für deutlich weniger Volumen bei gleicher Energiedichte. Und auch die Selbstentladung ist deutlich geringer als bei NiMH-Zellen. Am Beispiel Motorradbatterie lässt sich das schnell deutlich machen, das lästige Zwischenladen im Winter würde der Vergangenheit angehören.