LMR-AKKUS aus USA/Südkorea 😮 Wie innovative Zellen in Batterie-Packs kommen - Dr. Peter Kritzer

00:00:04: Hallo und herzlich willkommen zu Geladen, dein Batterie-Podcast zur Energiewende.

00:00:09: Ja

00:00:09: liebes Publikum bei den ganzen Zellinnovationen aus China da haben wir uns in diesem Podcast sträflicherweise um ein Thema gedrückt.

00:00:17: Wir fragen uns nämlich wie diese Zellen eigentlich auch in die Batterie Packs gelangen wo sehr viel auf Kühlung Elektronik und Zellswischenlagen geachtet werden muss.

00:00:26: also das Thema für heute was muss man bei der Sicherheit von Zellen in Lithium-Ionen-Batterien alles

00:00:32: beachten?

00:00:33: Und dazu begrüßen wir einen ganz tollen Gast im virtuellen Studio, den wir schon sehr lange kennen seit Jahren.

00:00:38: Und zwar Dr.

00:00:39: Peter Kritzer.

00:00:40: herzlich willkommen!

00:00:41: Danke Daniel, danke Patrick.

00:00:43: ich freue mich dass sich hier bei euch dabei sein kann.

00:00:45: Ich höre euren Podcasts schon seit etlichen Dutzenden von Folgen und ich finde es klasse das er so ein Podcast gibt in Deutschland.

00:00:53: ich hoffe dass er noch wesentlich länger weitermachen dürfte und weil das Thema einfach klasse ist das in die Öffentlichkeit reinzubringen.

00:01:01: Ja, vielen Dank Peter.

00:01:02: Das freut uns natürlich besonders auch von so einem Experten wie von dir solche Worte zu hören.

00:01:06: Ich stelle dich noch mal ganz kurz vor für die Zuschauer du bist Principle Expert Batteries E-Mobility and Innovation by Freudenberg Ceiling Technologies.

00:01:16: Ja liebes Publikum wenn wir hier im Podcast um eine neue innovative Zählchemie sprechen dann geht es meistens um den Pluspol also die Kathode von Lithium-Ionenbatterien.

00:01:26: Peter warum ist denn das eigentlich so?

00:01:28: Warum steht die Kathod da immer im Vordergrund?

00:01:30: Meine Theorie dazu ist, weil es auf der Anodenseite seit Jahren eben wenig Weiterentwicklung gab.

00:01:36: Da war der Grafit gesetzt.

00:01:38: Grafit ist ein gut funktionierendes Anodenmaterial und die Innovation wurden über Jahre hinweg auf der Kathode gemacht.

00:01:44: Auf der Kathude gibt's zwei Gruppen von Materialien – einmal oksidische Materialen also das typische Nickel, Kobalt, Mangan, NCM.

00:01:52: Das ist auf der einen Seite und auf der anderen Seite fosfatbasierte Materialien wie das typisch LFP-Litium-Eisenfosphat Und diese zwei Gruppen haben unterschiedliche Eigenschaften, unterschiedliche Vorteile, unterschiedlich Nachteile und dementsprechend werden sie auch in unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt.

00:02:08: Ja du hast es gerade schon ein paar angesprochen, ein paar Zeichemien auf der Kartonseite bei den derzeitigen Lithium-Ionenbatterien.

00:02:15: was gibt's denn da noch außer NMC und LFP die du schon angesprochen hast?

00:02:19: In welchen Anwendung kommen die dann so derzeit zum Einsatz?

00:02:22: Die kartotischen Materialien auf Oxidbasis sind in der Regel, wie gesagt, Oxide von verschiedenen Übergangsmetallen.

00:02:31: Zum Beispiel Nickel zum Beispiel Cobalt zum Beispiel Mangane in verschiedenen Zusammensetzungen.

00:02:40: Allen Gemeinden ist dass sie eine relativ hohe Zeltspannung ermöglichen also typischerweise diese drei Komma sechs Volt.

00:02:47: allen denen ist gemein das sie vergleichsweise hohe Energiedichten haben volumetrische Energiedicht und Jetzt negativ, Ihnen ist gemein, dass Sie wenn sie überhitzen sauerstofffrei setzen und dementsprechend ein Sicherheitsthema haben.

00:03:04: Kannst du da nochmal kurz für die oksidischen Kartodencheminen einen Überblick schaffen?

00:03:08: Wo sind denn jetzt die LCO-Materialien und wo sind die NMC-Materialian verbaut heutzutage?

00:03:14: Also LCO Materialien ist das typische Handy-Kartodenmaterial weil es eben den Fokus auch auf Sicherheit setzt.

00:03:24: Es ist ein reines Kobalt-basiertes Material.

00:03:26: Das heißt, als Metall in der Kathode kommt ausschließlich Kobalt vor mit all seinen Nachteilen.

00:03:32: also das ganze Thema Nachhaltigkeit spielt da eine extrem große Rolle.

00:03:36: die Kombination NMC Nickel Mangan Kobalt Als Gruppe kann man auch wieder jetzt aufteilen dass man sagt man erhöht zum Beispiel den Nickel Anteil was sehr sehr positiv ist die Energietichte auf Kathodenseite zu erhöhen.

00:03:52: Allerdings je mehr man das Kobalt reduziert, desto höher ist auch die Anforderung an Sicherheit.

00:03:59: Das heißt, je mehr Nickel in so einer NMC-basierten Cartoude drin ist, destso höher ist die Herausforderung bezüglich der Sicherheit.

00:04:06: Hinsichtlich Automobil sehen wir seit Jahren NMC als das klassische Material.

00:04:15: aber der Trend ist hier ganz klar in Richtung erhöhte Nickelanteil weil Der Fokus hier ist, erhöhe die Energiedichte.

00:04:22: Gleich bedeutend für Automobilindustrie macht die Reichweite für so ein Batterie

00:04:26: größer.".

00:04:27: Du hast gerade schon die hohen Energiedichten angesprochen bei den oksidischen Kartonen.

00:04:31: Kannst du uns mal Zahlen nennen was die gravimetrische und volumetrische angeht?

00:04:36: Also die typische NMC Materialien, ich will jetzt mich auf das Thema volumetrisch beschränken weil das beim Auto eben das zentrale Thema ist.

00:04:44: Ich habe einen Bauraum und in diesen Bauraumen will ich möglichst viel Energie reinbekommen.

00:04:50: bei einer typischen klassischen NMC Chemie, die wir derzeit am High-End Bereich haben sind bei irgendwo bei siebenhundert Wattstunden pro Liter wenn ich jetzt LFP Liege ich in der Regel ca.

00:05:08: eine geringere Energiedichte.

00:05:10: Das liegt einfach daran, weil ich weniger Energie auf Cartoonzeiten speichern kann aber auch weil ich eine geryngere Zellspannung habe.

00:05:18: Eine LFP-Zelle hat eine Zellspannung von typischer Weise bei einer NMC Chemie und dementsprechend brauche ich dann erst mal mehr Zellen um die selbe Vierhundert oder achthundert Volt Batteriesystemspannung zu erzielen.

00:05:36: Ich höre da gerade raus, dass die volumetrische Energiedichte für dich deutlich wichtiger ist scheinbar weil wir in diesem Podcast hier doch relativ häufig eher so über die gravimetrische Energiedichte sprechen, die auch sehr häufig angegeben wird so in der Öffentlichkeit bei verschiedenen Innovationen.

00:05:52: Erklär das noch mal warum ist es viel wichtiger?

00:05:54: Die volumetrische

00:05:55: Auto hat gewisser Abmessung und in dieser Abmesser muss ich möglichst viel Energie reinbringen.

00:06:01: Und die Abmissungen des Autos, die kann ich nicht größer machen.

00:06:03: also ich kann das Auto nicht länger machen, nicht breiter machen den Batterieplatz nicht höher machen

00:06:07: d.h.,

00:06:08: dass die Motivation beim Auto ist definitiv Energieprovolumen.

00:06:13: Bei einer Flugzeug-Batterie oder bei einer Drohnbatterie sieht es anders aus.

00:06:17: da kann ich ein bisschen mehr Platz in der Regel in einen Flugapparat rein bringen.

00:06:23: aber da ist natürlich das Gewicht ganz wichtig.

00:06:25: Auto, Volumen, Flugzeugbatterie eher Richtung Gewicht.

00:06:30: Und jetzt gibt es halt die ganzen Zwischenapplikationen.

00:06:32: welcher Parameter spielt in der speziellen Applikation die größere Rolle?

00:06:36: Ganz ganz wichtig hier aber ist zu sagen dass es bei einem Batteriesystem nicht auf die energiedichte Pro in der Zelle oder gar in der Chemie ankommt sondern eben im kompletten System.

00:06:47: das heißt in einen Batteriessystem muss sich die elektrische Verschaltung noch rein bekommen.

00:06:51: da muss ich in der Regel das Thermomanagement noch unterbekommen.

00:06:54: Und ich muss auch irgendwelche Sicherheitskanäle implementieren, wenn eine Zelle durchgeht und eine Thermalranne weggeht, dass sich das Gas eben kontrolliert und in richtigen Wegen dann abblasen oder ableiten

00:07:07: kann.".

00:07:08: Jetzt hast du dir das Thema der heutigen Podcast-Episode sehr gut zusammengefasst!

00:07:13: Jetzt wissen wir ja, dass die Europäer und die Amerikaner in der Vergangenheit sehr stark auf NMC gesetzt haben.

00:07:19: In China kriegen da jetzt ein paar Signale, das ausschließlich nur noch auf LFP gesetzt wird.

00:07:25: Was ist so deine Meinung?

00:07:26: Wie geht es weiter mit diesen Hain-Nickel-Kartodenmaterialien?

00:07:29: werden die auf absehbare Zeit vielleicht gar nicht mehr gefragt werden?

00:07:34: Die Signale aus China sind sehr deutlich!

00:07:37: Das ist sehr, sehr stark.

00:07:43: Phosphatbasierten Cartudenmaterial sind der Trend.

00:07:47: Es kommt natürlich, wenn man sich anschaut.

00:07:49: wie entwickelt sich der Markt für automobile Lithium-Batterien cartudenseitig in der Vergangenheit?

00:07:57: Wir sehen das der Anteil an oksidischen Cartuden abnimmt.

00:08:03: Das heißt wir hatten vor ein paar Jahren waren es noch siebzig Prozent oder achtzig Prozent NMC- und Verwandtekartudenmaterialien, Versus zwanzig bis dreißig Prozent LFP.

00:08:13: Mittlerweile sind wir im Bereich fünfzigfünfzig Prozent.

00:08:17: in Zukunft wird sich das wahrscheinlich weiterhin zugunsten von LFP diesen fosfahrtbasierten Materialien verschieben.

00:08:25: allerdings und es ist zu berücksichtigen Ist der Markt extrem stark wachsend?

00:08:30: Das heißt Wenn ein Rückgang anteilsmäßig stattfindet, heißt es noch lange nicht dass der komplette Markt für diese Cartodenschemin kleiner wird.

00:08:40: Und auch bei einem rückgängigen Anteil kann es sein oder ist es so das der Gesamtmarkt sehr stark wächst.

00:08:48: also wir reden jetzt hier Wachstumsraten im Bereich auch der NMC und verwandten Materialien von sicherlich über zwanzig dreißig Prozent jährlich.

00:08:56: Jetzt vernehmen wir aber aus den USA, dass man sich da auf eine andere Technologie nämlich LMR konzentrieren will.

00:09:03: Da ist zum Beispiel GM der große Automobilhersteller.

00:09:06: die haben sich sehr darauf konzentrierter in letzter Zeit auch mit verschiedenen Partnern auf die Entwicklung.

00:09:12: nehmen uns dann mal mit was ist denn LMR?

00:09:14: NMC ist Nikke Mangarn-Fubald jetzt nehme ich das Mangarn die zum Beispiel in der Chemie NMC-Acht Eins Eins zu zehn Prozent vertreten ist und zieht einen Anteil von Mangan hoch.

00:09:29: Und reduziert den Anteil an Nickel und Kobalt auf geringere oder deutlich geringer Werte, sodass ich dann Mangananteile von fünfzig sechzig oder mehr Prozent habe.

00:09:41: Was der große Vorteil ist, ist mangan ist von den drei Komponenten des günstigsten Materiales.

00:09:47: heißt Ich hab eine Möglichkeit durch eine Erhöhung des Mangananteils die Kosten der Kathode und auch die Kosten, der Zelle deutlich zu reduzieren.

00:09:57: Und das ist genau der Fokus!

00:09:58: Ich brauche eine Chemie, die eben kostengünstiger ist als gegenwärtige NMC-Chemien und die nicht so viel teurer ist als vielleicht LFP-Zellen, die die Systemkonkurrenz darstellen.

00:10:11: Und positiv – ich habe immer noch deutlich mehr Energiedichte im Vergleich zu einer LFP-Zelle.

00:10:20: Das heißt vom Prinzip her, P mal Daumen ich habe eine volumetrische Energiedicht die vielleicht zehn, fünfzehn Prozent geringer ist als von einer Heinekel NMC Zelle hab aber dann immer noch zehn, fifteen, zwanzig Prozent höhere Energiedichtigte versus LFP.

00:10:37: Ja, super guter Überblick Peter.

00:10:39: Jetzt kommt es uns in diesem Podcast so ein bisschen so vor.

00:10:41: LMR könnte jetzt auch eine Reaktion der Amerikaner sein weil sie merken naja LFP aus China da werden die Technologie-Exporte so'n bisschen beschränkt.

00:10:52: jetzt muss man händering nach einer neuen Zellchemie suchen die ebenfalls deutlich preiswerter ist als die NMC-Technologie.

00:10:59: kann das sein dass das eins zu eins mit dieser Entscheidung zusammenhängt?

00:11:02: Sicherlich spielt es einen sehr wesentlichen Teil.

00:11:04: neben Der Erhältlichkeit der Chemie spielt natürlich auch das ganze Thema Patentschutz, beziehungsweise Freedom to Operate eine Riesenrolle.

00:11:14: Die westliche Welt hat LFP-Chemie über Jahre hinweg vernachlässig.

00:11:20: Das heißt da wurden extrem starke Entwicklungen gerade in China getrieben.

00:11:25: Wenn wir jetzt hier anfangen wollten eine eigene LFP Chemie aufzubauen mit nicht chinesischen Zellherstellern wäre das ein Riesenthema.

00:11:35: Und ich meine, die Strategie gerade auf dem US-Markt ist eine Zusammenarbeit vor allem mit koreanischen Batterierherstellern und hier sucht man natürlich die Möglichkeit welche Schmieß offen ist frei und die Kosten reduziert produziert werden kann.

00:11:51: Das ist dann halt LMR also Lithium Manganese Witch Battery Systems

00:11:55: Also dann mal ganz konkret auf Europa übertragen.

00:11:58: Wäre das jetzt auch was, ja eine Strategie die man hier in Europa fahren sollte aus deiner Sicht?

00:12:03: Dass man wenn man hier jetzt schon irgendwie anfängt Zellfertigung zu betreiben vielleicht sogar perspektivisch auch wirklich endlich mal die Gigafactories hier aufzubauen dass man voll dann auf LMR geht

00:12:13: Es ist auf jeden Fall ne Option wobei auch hier wieder des Thema isst.

00:12:17: Die Kathodenschemi-LMR Ist jetzt zum Beispiel sehr stark von LG entwickelt.

00:12:25: Das heißt auch hier haben wir kein europäisches Know-how.

00:12:28: und jetzt ist die Frage, wie stellen wir uns in Zukunft in Europa generell auf?

00:12:33: Das heißt bauen wir mit chinesischen Firmen hier Fertigungen auf.

00:12:37: Mit koreanischem Firmen und so wie ich es sehe beides findet statt und wird auch wahrscheinlich so weitergehen Wie die Strategie aussieht für einen sag mal europäischen Newcomer.

00:12:52: Das wird spannend sein, weil es ist Zellforschung die jetzt hier industrialisiert wird und sicherlich gibt's da Möglichkeiten auch für europäische Hersteller.

00:13:02: welche das sein werden weiß ich nicht.

00:13:05: Dann gucken wir doch auch bei LFP nochmal ganz genau hin.

00:13:08: Wir wissen die meisten LFP-Batteriezellen, die kommen aus China.

00:13:11: Kannst du uns da auch noch mal ganz kurz ins Bild setzen Peter?

00:13:14: Wie sieht es denn aus mit diesen LMFP-Materien also nicht nur das normale Lithium-Eisenphosphat sondern das manganreiche Lithium Eisenphosphate?

00:13:24: ist das auch auf dem Vormarsch in China?

00:13:27: vor zwei Jahren hätte ich gesagt eindeutig Der Vorteil von einer LMFP-Chemie ist, dass es eine höhere Energiedichte ermöglicht und der wesentliche Vorteil ist das es eine Kathodenchemie ist die auf einem selben Spannungsniveau liegt wie die LMC also auch etwa drei Komma sechs Volt.

00:13:51: Das heißt ich komme wieder um auf ein vierhundert Volt oder achthundert volt Autobatteriesystem zu kommen mit wesentlich weniger Zellen aus.

00:14:01: Der zweite Charme, den diese Chemie hat ist das ich Blends herstellen kann.

00:14:06: LMFP und zum Beispiel NMC in eine Kathode rein weil ich habe dieselbe Zellspannung Und das gibt mir wieder eine Möglichkeit noch ein bisschen besser von der Energiedichte zu arbeiten.

00:14:19: Der große Nachteil von LMFP sind die höheren Kosten.

00:14:24: Wir müssen natürlich nicht nur die Materialkosten berücksichtigen sondern eben das Aktivmaterial deutlich schwerer zu fertigen und dann natürlich den vermeintlich weniger Mehrnutzen für viele Applikationen gegenüber LFP.

00:14:41: Dazu kommt noch ein weiteres Sache, die Zyklenstabilität ist derzeit noch deutlich geringer so dass der mehr Nutzen gegen über LFP zumindest auf dem Markt Gering ist und dementsprechend die ganzen großen Projekte, die vor zwei oder drei Jahren zumindest hier in der westlichen Welt eingeleutet wurden so ein bisschen verschwunden sind.

00:15:03: Kann sich ändern wird es sich vielleicht ändern wenn jetzt da neue Materialien entwickelt wurden aber ich sehe zurzeit LMFP für den automobilen Applikation eher so ein bissel zurückhaltend.

00:15:15: Jetzt wissen wir ja, dass die Phosphatbasierten Cartonen, du hast sie gerade genannt.

00:15:19: Die sind ja relativ unkritisch was den Thermal Runaway also das Durchgehen einer Batteriezelle betrifft.

00:15:25: Also grundsätzlich...die sind eher irrelevant für die Sicherheit.

00:15:29: Bei den oxidischen Cartodonchemien, da ist das eher relevant, kannst du das mal kurz zusammenfassen ganz schnell?

00:15:35: Was wird denn gemacht um bei den oksidischen Zellmaterialien, dass durchgehen und vor allem diesen Ketteneffekt also das Übergreifen auf andere Zellen dann zu verhindern?

00:15:45: In einer oxidischen cartodonschemie kann ich im Falle des thermischen Durchgehens sauerstofffrei setzen.

00:15:52: nicht nur kann Ich setze sauerstoffrei Dann habe ich viel Energie einen brennbaren Elektrolyt und weitere brennenbare Teile in der Zelle, separatorbinder usw.

00:16:04: plus Sauerstoff, der da frei wird Und das ist natürlich tödlich.

00:16:07: Dementsprechend wird bei einem thermischen Durchgehen einer oksidischen Batterie sehr viel energiefrei.

00:16:15: Wir reden hier Temperaturen im günstigsten Fall von achthundert neunhundert Grad und im schlechtesten fall haben wir Temperature bis tausend vierhundert grad.

00:16:24: Die prismatischen Zellen die hier meistens eingesetzt werden, bestehen aus einem Aluminiumgehäuse.

00:16:32: Das Aluminum schmilzt bei ca.

00:16:34: sixhundertfünfzig Grad.

00:16:35: D. h., im Falle des Durchgehens wird das Aluminuumgehäuser komplett schmelzen.

00:16:42: und es ist auch ein Thema wenn ich eine Sicherheitsstrategie mir anschaue.

00:16:45: Es reicht nicht eine Zeltzwischenlage zu schaffen, die in Anführungszeichen thermisch isoliert sondern ich muss eine Zell- Zwischenlage schaffen, die extrem Temperatur und mechanisch robust ist.

00:16:59: Weil wie gesagt auf der einen Seite die Zelle, die durchgeht es ist ein geschmolzener Aluminium Schmelzon.

00:17:05: Ich brauche eine Zellswischenlage, die resistent ist gegenüber diesem geschmolsenen Aluminum.

00:17:10: So den phosphatischen Kartodenmaterialien.

00:17:13: also generell ist die PO die Phosphorsauerstoffbindung sehr stabil.

00:17:16: Die wird bei hohen Temperaturen nicht gespalten.

00:17:19: dementsprechend werden Phosphate als Flammschutzmittel zum Beispiel in Kunststoff eingesetzt.

00:17:25: Diese Kathode ist thermisch stabil, das heißt die Zelle kann durchgehen.

00:17:31: wenn ich die Kurzschließe kann sie durchgehen aber es wird kein Sauerstoff reigesetzt.

00:17:35: Insofern ist das Durchgehen einer LFP-Zelle eher eine Rauchentwicklung wohin gegen bei einer NMC oder oksidischen Zelle ein großes Feuerwerkstatt findet.

00:17:47: Das heißt ich brauche komplett andere Zell- Zwischenlagen entwickeln und einsetzen.

00:17:52: Eine LFP-Zelle ist wesentlich robuster gegen hohe Temperaturen, das heißt wenn ich so eine NMC-Zellen triggerthermisch kann es passieren dass die bei hundertzwanzighundertreißig Grad anfängt selbst durchzugehen wohingegen der LFP Zelle vielleicht auch schon zweihundert Grad aushalten kann.

00:18:15: Das bedeutet bei einer NMC Zellschemie habe ich beim Durchgehen wesentlich höhere Temperaturen, die freigesetzt werden und die Nachbarzelle kann oder wird bei viel viel geringeren Temperaturen in Anführungszeichen angezündet.

00:18:31: Das heißt, die Übertragung des Thermal Raneweys, die sogenannte thermische Propagation ist bei einem oksidischen oder NMC-System wesentlich schlimmer oder kritischer als bei einem LFP System.

00:18:43: Wir sehen jetzt bei stationären Batterien das die fast ausschließlich LFP-Zellen einsetzen, einen Trend zu riesen großen Zellen.

00:18:52: Also wir reden hier von Zellkapazitäten von fünfhundert oder sogar tausend Ampere Stunden – LFP!

00:18:58: Und hier wird auf einmal dann doch wieder auch die Propagation ein Riesenthema, weil wenn man so eine Fünf- oder Tausend-Ampere Stundenzelle durchgeht zum Beispiel durch den externen Kurzschluss dann kann es sehr, sehr wohl zu einer Propagation kommen.

00:19:09: Und dementsprechend sieht man hin und wieder auch diese Nachrichten, dass eben großformatige Energiespeiche durchaus abbrennen können, obwohl sie eine relativ in Anführungszeichen harmlose Zellchemie auf Cartoon-Seite

00:19:20: haben.".

00:19:21: Peter, vielen Dank für diese Zusammenfassung.

00:19:22: Wir kommen nachher nochmal auf die Sicherheit noch mal ein bisschen detaillierter zu sprechen auch was ihr da so für Innovationen dann an der Hand habt.

00:19:29: Du hast vorhin gemeint dass bei der Anode eigentlich nicht so viel passiert ist eine Innovation in den letzten Jahren wie bei dem auf der Kathodenseite.

00:19:38: jetzt müssen wir aber trotzdem nochmal darüber sprechen weil das ja ganz interessant ist für die Zuschauer warum da vielleicht auch nicht so viele passiert ist.

00:19:43: also da sind wir deutlich beschränkter.

00:19:45: wir haben da das Graffit auf der Anodenseiten das weiß natürlich das Publikum.

00:19:50: Seit Jahren wird immer Silicium noch gehandelt, wie das beigemischt werden kann bzw.

00:19:54: ob wir irgendwann komplette Siliciamanode haben.

00:19:57: Hol uns dann nochmal ab!

00:19:58: Wie ist denn da im Moment so der Stand?

00:20:00: Und vielleicht kannst du auch mal sagen, Silicum wird ja schon teilweise beigemeistert.

00:20:04: bei welchen Anwendungen.

00:20:05: Wird es denn speziell gemacht?

00:20:07: Wenn man sich die Daten anschaut, wie viel Energie ich auf Kartonenseite speichern kann, dann kann ich mit einem Switch von einer graffitischen Anode zu einer Silizium, also Halbmetall-Silizium basierten Anode etwa den Faktor zehn an Energiedichte erhöhen.

00:20:26: Im Prinzip.

00:20:27: Silizum hat eine andere Art des Lithiumzuspeichern.

00:20:31: bei einer Grafitelektrode Wande das Lithium in die Zwischengedauplätze rein.

00:20:35: Bei einem Silizuum wird es eine Legierung sein.

00:20:38: Das heißt, Siliziu reagiert mit Lithium und bildet ein Silicium-Lithiumlegierungen.

00:20:44: im geladenen Zustand und beim Entladen geht das Lithium wieder raus und das Silizium bleibt zurück.

00:20:49: Dieser Vorgang schafft mir eine Möglichkeit, wesentlich mehr Lithium auf die Anode zu packen oder in die Anote zu speichern.

00:20:55: Die großen Herausforderungen bei diesen siliziumbasierten Anoden sind zwei.

00:21:00: Nummer eins ist die Volumenaarbeit.

00:21:02: Ein Silicium, welches Lithium auftnimmt, ändert seinen Volumen etwa um den Faktor drei.

00:21:07: Das heißt es ist dreimal so groß,

00:21:09: d.h.,

00:21:09: ein sphärischer Partikel würde sich dann groß ausdehnen.

00:21:14: Dies führt Automatisch dazu, dass die schützende Oberflächen-Schicht, die Solid Electronite Interface, die den Elektrolit schützt vor einer Oxidation bei dieser Volumenarbeit beim Laden aufbrechen kann und der Elektrolitt hier direkt die Anode sieht was da zu führen kann.

00:21:33: das der Elektrolyt sich abbaute wird oxidiert.

00:21:36: Was wiederum dazu führt, dass ich einen Druckanstieg in der Zelle sehen kann weil der Elektrolyt wird in der Regel zu CO₂ oxidiert und dementsprechend sehe ich einen Druckanstieg.

00:21:49: Zweite Herausforderung bei den Siliciumanoden ist das Sicherstellen, dass die Entladen des Silicianode elektrisch angebunden ist.

00:22:00: Das heißt, ich brauche sehr viele elektrische leitende Binder die genau diese eigentlich nicht leitenden Siliziumpartikeln anbinden, sodass auch wirklich dann die Elektronen in diese Partikel rein können und eben die Aufnahme von Lithium plus von Lithiomionen ermöglichen können.

00:22:16: Das sind zwei Herausforderungen.

00:22:19: D.h.,

00:22:20: wir sehen derzeit eine Möglichkeit, Siliziamanoten zu verwirklichen dadurch die Energiedichte stark zu steigern.

00:22:30: Aber diese Siliziumanoden haben eine große Herausforderung und das ist die nach wie vor noch schlechte Zyklinstabilität.

00:22:36: Derzeit werden in automobilen Batterien vielleicht fünf bis zehn Prozent Silizum auf Anodenseite zugemischt, man würde gerne mehr reinbringen aber man hat die technischen Probleme hier mehr reinzubekommen in Autobatterien noch nicht gelöst.

00:22:54: Jetzt hast du gerade wunderbar beschrieben, dass an der Anode sozusagen das Volumen sich da bis zu dreihundert Prozent ausdehnt.

00:23:01: perspektivisch.

00:23:03: Ja jetzt macht ihr bei Freudenberg sogenannte Zwischenzellmaterialien dann noch ins Pack rein!

00:23:09: Das stelle ich mir vor wie so eine elastische gummiartige Masse die diese Volumenänderung irgendwie ab truffert oder?

00:23:17: Die Zellen dienen sich aus, also wenn ich jetzt hier so zum Beispiel ein prismatisches Gehäuse habe.

00:23:22: Ich drück's einfach mal zusammen dann sieht man es besser und sich der Steg darin ausdehnt, dann baucht auch das Gehäuser einer prismaticen Zelle, baut sich aus.

00:23:33: Das heißt die Zell Zwischenlagen muss drei Anforderungen erfüllen.

00:23:38: Nummer eins, Kathodenschemie des Thema Verhinderung einer thermischen Propagation.

00:23:44: Zweitens, was ich vorhin gesagt habe, es muss mechanisch robust sein.

00:23:47: Weil ich eben sicherstellen muss dass das geschmolzene Zellgehäuse nicht die Zell- Zwischenlage zerstört.

00:23:55: und jetzt kommt die dritte Eigenschaft, die ihr gerade eben angesprochen habt.

00:23:58: Die hauptsächlich bedingt ist durch die Anodenschemie.

00:24:01: Ich brauche eine Lage, die sich ausdehnen kann d. h., des Ausbauenden der Zelle abzufedern.

00:24:10: Generell benötigt jede Zelle um eine gute Zyklinstabilität zu gewährleisten.

00:24:16: Eine gute Verpressung, die irgendwo im Bereich von Fünfzighundert Kilo Pascal liegt.

00:24:23: Das heißt in einem zum Beispiel Automobilsystem werden die Zellen egal welche Chemie ich darin einsetze leicht verpresst.

00:24:31: so jetzt kann durch einen Altern die Zelle dicker werden.

00:24:36: das heißt Ich muss ein zell Zwischenraum schaffen indem diese Zelle Dicker werden kann.

00:24:41: dieses Dicke werden über die Lebensdauer, das nennt man Swelling.

00:24:45: Das heißt ich nehme dazwischen ein Material welches eben dieses Swelling aufnehmen kann.

00:24:50: Wenn diese Swelling linear über die Lebenstauer größer wird, kann ich dafür ein plastisches Material nehmen dass dann irgendwo sich verformt.

00:24:59: wenn Ich jetzt aber Siliziumhaltige Anoden hier einsetze Dann wird neben dem Swelling über die Lebensdauer Noch ein sogenanntes Prieving relevant, was bei jedem Ladezyklus wird die Zelle etwas dicker und bei jedem Endladezyklus wird die zelle wieder etwas dünner.

00:25:17: Es heißt gerechnet auf die Zell Zwischenlage muss sich ein Material schaffen das eben elastisch verformbar ist und nicht plastisch.

00:25:25: Das kann man natürlich sehr gut hinbekommen indem man zum Beispiel hier elastomere Materialien macht wo ich genau die Eigenschaften des Materials und des Designs bestimmen kann und sagen kann, wie kann ich so eine Zelt- Zwischenlage gestalten?

00:25:41: Dass sich diese zyklische Verformung gewährleisten kann über die Lebensdauer von der Batterie.

00:25:48: Und das ist genau der Ansatz den wir fahren.

00:25:51: Wir kommen aus dem Bereich Dichtungen.

00:25:53: Bei Dichtung ist irgendwo das Thema Elastizität spielt immer eine Rolle und wir haben diese Erfahrung und diese, die wir im Bereich den Dichterungen haben, der Bereich der Materialien haben übertragen auf die Anforderungen an die Zelt-Zwischenlagen.

00:26:05: Jetzt haben wir vor ein paar Jahren mal von einem Startup gehört, was tatsächlich auch hier in Ulm gegründet wurde.

00:26:11: Die haben sich darauf konzentriert für die Zwischenlagen zwischen den Zellen, was du gerade beschrieben hast und Material zu entwickeln, was zwei Funktionen hatte nämlich einerseits diese Sicherheit eben zu gewährleisten aber gleichzeitig auch noch zu kühlen.

00:26:23: ist das grundsätzlich mit all diesen Zwischenlagen möglich?

00:26:28: Auch zum Beispiel bei euch oder wie sieht es da aus?

00:26:31: Das sind sogenannte Endotherme Effekte.

00:26:33: Das heißt, das sind Materialien drin, die wenn sie hohen Temperaturen ausgesetzt werden reagieren und diese Reaktion Energie auffrisst.

00:26:44: Also wir haben es mal als Sheet-Eder Effekt zu vermarktet.

00:26:48: Unsere Materialien haben diesen Effekt auch weil diese Materialien, die wir ja einsetzen, noch ein paar weitere positive Effekte in der Zeltzwischenlage.

00:26:58: Die Herausforderung ist dass dieses Dieser Endotherme-Effekt sichergestellt werden muss auf einer sehr, sehr dünnen Zellzwischenlage.

00:27:07: Weil die Zellswischenlage ist ja idealerweise so dünn wie möglich und dieser Endothermeneffekt muss sehr schnell reagieren.

00:27:15: Gerade bei einem NMC Chemie habe ich nicht Ewigkeiten Zeit bis zu einer Reaktion getriggert werden kann.

00:27:21: Hundert Prozent verlassen würde ich mich auf diesen Effekt nicht.

00:27:24: Unsere Materialien haben diesen Effekten aber wir vermarkten den Effekt als Propagationsschutzeffekt.

00:27:32: trotzdem kommt es mir so vor, dass diese Materialien die ihr da einbauen müsst.

00:27:36: Die müssen ja drei Funktionen erfüllen.

00:27:38: sie müssen einmal thermisch isolieren Sie müssen diese Propagation sozusagen verhindern.

00:27:43: Sie müssen gleichzeitig vielleicht ein bisschen kühlen und vor allem dann dieser Annotenschwellung irgendwie abdämpfen also irgendwie elastisch sein.

00:27:54: ist das nicht unglaublich schwierig diese Materialie zu entwickeln?

00:27:58: Es kommen doch gar nicht so viele Materialien wahrscheinlich am Ende in Frage oder

00:28:02: Ja, es sind immer sogar Kunden bzw.

00:28:05: applikationsspezifische Entwicklungen.

00:28:08: aber auch die Volumina ist ja groß.

00:28:09: ich meine in einem Auto sind zwei Hundert Zellen sind zwei hundert von diesen Lagen drin.

00:28:13: das heißt da kann man schon auch was für entwickeln Für die reine Kompressionsfunktionen zum Beispiel Möglichkeiten Elastomere die Elastomer Bauteile die sich in ihrer Struktur verformen lassen.

00:28:27: wir können auch hier Schäume zb aus Silikonmaterial einsetzen und wir können jetzt hier für LFP Materialien auch ganz andere Zell Zwischenlagen einsetzen, weil wie gesagt LFP heißt ich habe nicht das Risiko dass die Zelle die durchgeht schmilzt.

00:28:48: Das heißt das Material sieht keine direkten Flammen.

00:28:51: dementsprechend kann ich mich bei einem beim LFP bei einer LFP Zwischenlage viel viel mehr auf die mechanischen Eigenschaften konzentrieren wohin gegen ich bei einer NMC-Zell- Zwischenlage immer auch das Thema Propagationsschutz oder ultrahohe Isolation berücksichtigen muss.

00:29:12: Generell entwickeln wir an all diesen Materialien,

00:29:15: d.h.,

00:29:16: wir diskutieren mit Kunden was in Deiner Anforderung, welche Zellschemie hast Du auf Cartoden und auch auf Anotenseite?

00:29:24: Diskutieren dann, welche Eigenschaften die Kompresschenfunktion unserer Zeltzwischenlage haben.

00:29:30: Welche Eigenschaftend muss die Zelt Zwischenlage bezüglich der thermischen Isolation erfüllen?

00:29:36: Und basierend auf diesen Informationen gibt es einen Baukasten wo wir mit Kunden zusammen die in Anführungszeichen richtige optimale Zeltzwischenlage entwickeln.

00:29:47: Wir bringen die Kondression Funktion in die Zelle rein Das heißt ich schaffe um den Stack in einer Zelle nochmal eine Compression Pad Funktion, so dass alles was mit Swelling und Preving zu tun hat in der Zelle passiert.

00:30:04: Und zwischen den Zellen kann ich jetzt die Lage nur fokussieren auf das Thema thermische Isolation plus je nachdem welche Kathodenschämie ich habe eben noch mal mechanisch Robustheit.

00:30:16: Das wäre jetzt also der weitere Schritt wenn innovativ tätig werden will.

00:30:21: Ich pack eine dieser zwei Hauptfunktionen oder der drei Hauptfunktionen in die Zelle rein und zwischen den Zellen kann ich die Zell-Zwischenlage eben

00:30:28: vereinfachen.".

00:30:29: Wir wissen ja, dass bei prismatischen Zellen und bei rundzellen da gibt es so ein Überdruckventil – das hattest du eben auch nochmal beschrieben – bei Pouch-Zellen gibt es dieses Überdrucksventil nicht!

00:30:40: Hat das sozusagen sicherheitstechnische Implikation?

00:30:43: Wenn eine Zelle durchgeht, wird eine sehr große Menge an Gas freigesetzt.

00:30:48: Das heißt das Batteriesystem braucht einen Überdruckventil, dass dann an das Batterie-System dran gebracht wird und diesen Überdruckschnell aus dem System abgeführt werden kann.

00:31:02: Wie schnell dieses Gas aus der Zelle in das System kommt hängt wieder davon ab.

00:31:07: A – was für eine Zeltschämie habe ich?

00:31:09: B. Was für eine Zellkapazität?

00:31:12: C., was für ein Zellform?

00:31:14: bei einer prismatischen Zelle habe ich normalerweise eine schnellere Freisetzung von Druck, das heißt einen höheren Druckanstieg im System.

00:31:23: Generell ist sicherzustellen dass ich wenn eine Zelle durchgeht diese heißen Gase so schnell wie möglich von den Nachbarzellen weg halte und da ist natürlich eine prismalische oder eine Rundzelle mit Berstöffnung, die definiert sind.

00:31:40: Wesentlich besser weil ich weiß wo dann aus der Zelle des Gas rauskommt.

00:31:44: Pouchzellen öffnen stochastisch und wenn man pech hat direkt auch auf den elektrischen Kontakten war.

00:31:50: da ist eigentlich die Schwachstelle dieser Pouchedell naht.

00:31:53: sofern muss man sicherstellen dass Die zellen irgendwie öffnend können Dann doch nicht stochastisch.

00:31:59: das heißt man macht zum Beispiel Verpressungen auf die Siegelnaht lässt einen Teil offen, das ist sagt.

00:32:04: Wenn sie öffnet dann eben aus diesem nicht verpressten Teil in der Siegelnaht und muss auch hier wieder des Gastern

00:32:11: abtransportieren.".

00:32:12: Peter herzlichen Dank für deine Expertise und eine Einschätzung!

00:32:15: Liebes Publikum wenn euch das gefallen hat dann drückt doch gerne auf Like und bewertet unseren Podcast in eurer Podcast App.

00:32:22: Wir sind zurück am nächsten Sonntag.

00:32:24: machts gut bis dahin Tschüss

00:32:26: Danke Euch.