Was ist mit LFP für Batterien?

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Vor einiger Zeit, der Große CleanTechnica Herausgeber und berühmter Mann rund um das, was Steve Hanley das Vergoldete nennt CleanTechnica Zach Shahan, Wasserkühler, sinnierte: „Ich erinnere mich an die Tesla-Fans, die die Chemie der LFP-Batterien zerstört haben! Ich könnte noch lange darüber reden, wie es lächerlich gemacht wurde und wie Tesla-Fans behaupteten, man könne damit nie ein gutes Elektroauto bauen.“

Ich erinnere mich auch an den BYD e6. Ich habe es auf der Detroit Auto Show 2010 gesehen. Es war groß und kastenförmig, nicht so sexy wie das dort gezeigte Model S, und es war schwer, über 5.000 Pfund. Der S war auch schwer, aber nicht ganz so schwer. Damals war es einfach, chinesische Autos abzulehnen. Aber das war damals. Ich habe große Bewunderung für BYD und einige andere Unternehmer, die die Grundlage für Chinas mittlerweile erfolgreiche Elektrofahrzeug-Infrastruktur bildeten. Als ich die Detroit Auto Show besuchte, waren die Stände voller Unternehmer und ich bekam eine Kostprobe ihrer Angebote. Es gab einen kleinen Autohersteller mit einem Kleinwagen. Sie boten mir einen Glücksbringer an und lächelten glücklich und anerkennend über meine Aufmerksamkeit. An einem anderen Stand sah ich eine Ausstellung, auf der ein in eine kalte Flüssigkeit getauchter Metallstab zu sehen war. Sie zeigten, wie gut das Metall Wärme leitete. Es wurde verwendet, um die Temperatur der Batteriezellen unter Kontrolle zu halten. Bei dieser Veranstaltung waren Elektroautos gerade im Entstehen begriffen, und einheimische Autohersteller gaben Lippenbekenntnisse ab, aber sonst wenig. Elektrofahrzeuge lagen immer zehn Jahre in der Zukunft. Die Show hatte einen Elektrobereich und es gab bei der Veranstaltung Fahrten in Elektrofahrzeugen.

Ich war in der Elektroabteilung und zeigte ein kleines Elektro-Coupé. Wir waren abseits, aber als die Türen für die Öffentlichkeit und nicht nur für Unternehmen geöffnet waren, wurden wir von Menschen überschwemmt. Sie waren überall in dem kleinen gelben Auto, und sie wollten einsteigen und damit fahren, besonders die Kinder.

Es gab einen Abschnitt für kostenlose Fahrten mit einem Elektrofahrzeug. Es machte mir nichts aus, in einem zu fahren, aber ich war ein frühes Mitglied der Electric Auto Association im Silicon Valley und habe bei der Earth Week ehrenamtlich für sie gearbeitet. Ich bin einmal mit einem Think City für den Earth Day-Stand der EAA gefahren. Ich machte mich auf den Weg zum Ortsteil Palo Alto und schaute mir ein CitiCar an. ein winziger, kastenförmiger Zweisitzer, der mit seinen flachen Seiten und allen Winkeln wie ein selbstgebautes Auto aussah. Innen war er mit fast bodenhohen Kit-Car-Schalensitzen mit Aluminiumblech verziert und mit einem Kit-Car-Lenkrad ausgestattet. Auf dem Boden zwischen den Sitzen befand sich ein riesiger Rheostat, ein Widerstand mit einem Abgriff darauf, um die Spannung und den Strom zum Motor zu steuern. Gesteuert wurde das über das Gaspedal. Es verfügte über einen Gleichstrommotor und Blei-Säure-Batterien. Eigentlich war es kaum mehr als ein Kit Car, aber es war faszinierend, und alle Leute in der EAA bauten ihre eigenen Elektrofahrzeuge aus Blei-Säure-Batterien. In den 70ern und davor war das alles, was man sich erhoffen konnte.

Aber kehren wir zur Detroit Auto Show 2010 zurück. Zu diesem Zeitpunkt wusste ich, dass sich die Dinge ändern würden. Ich erhielt eine Ausbildung darüber, worum es bei LFP geht. Ich habe LFP-Zellen in einen Prius eingebaut, um ihm die Möglichkeit zu geben, die Batterie aufzuladen. Ich habe mit dem Westküstenhändler von Thunder Sky Winston, einem Hersteller von LFP-Zellen, zusammengearbeitet, Batteriepakete hergestellt und BMS (Batteriemanagementsysteme) installiert. Als ich Thunder Sky-Batterien zum ersten Mal sah, wusste ich sofort, dass Elektroautos bald sehr real werden würden.

Im elektrischen Teil der Show spielten sie „Electric Feel“ von MGMT. Sein skurriler Sound und Beat passten zu meinen Gefühlen in meinem Teil der Show*. Es war Winter und die hellen Lichter und sexy Models in der Show bildeten einen starken Kontrast zur Welt aus grauem Himmel, eiskalter Luft und fleckigem Schnee draußen, mit Eisflüssen im Saint Claire River und der Grenze zu Kanada in einem Tunnel darunter, nur einen kurzen Spaziergang von der Cobo Hall entfernt, dem Standort der Detroit Auto Show. [*Editor’s note: I absolutely love that song. I forgot all about it, but being reminded of it now, I’m sure I embedded it into an article or two several years ago. —Zach]

Es ist kaum zu glauben, dass die Detroit Auto Show 2010 erst 14 Jahre her ist. Seitdem hat sich alles verändert.

Ich wusste von Tesla, und Mitsubishi hatte sein kleines, eigenartiges Auto mit dem seltsamen Namen i-MiEV. Damals gab es nur sehr wenige Elektrofahrzeuge. Bis dahin gab es für Elektrofahrzeuge nur Lippenbekenntnisse. Der GM EV1 war gekommen und gegangen. Honda hat einen produziert. Kalifornien war aufgrund seines Zero-Emission-Vehicle-Standards (ZEV) eine Brutstätte für Elektrofahrzeuge. Diese Autos machten einen Angriff, und dann ging alles schief. Sie hatten nur Bleisäure. Ihre Verbesserung zu Nickelmetallhydroxid (NiMH) reichte nicht aus. Das Kennzeichen der Batteriebeschränkungen für Elektrofahrzeuge war ihre Größe. Das erforderte, dass die Autos Zweisitzer sein mussten. Aber zu diesem Zeitpunkt dachte ich, dass die EV-Revolution mit Lithium-Ionen-Batterien stattfinden würde.

BYD war einst der größte Einzelhersteller von LFP-Batterien, und eine Zeit lang versuchte China, aufzuholen und herauszufinden, wie man NMC-Batterien herstellen kann, ein Trick, den LG, SK und Samsung in Korea herausgefunden hatten. Damit lag CATL als Batteriehersteller an der Spitze und BYD an zweiter Stelle. Jetzt ist LFP zurück. Mittlerweile ist es beliebt und in Mode, mit der Herstellung von Batterien, die kein Kobalt enthalten, für seine Umweltfreundlichkeit zu werben. Es stimmt, dass Zellen auf Nickelbasis aufgrund der Kosten für das Kathodenmaterial, das Kobalt enthält, teurer sind.

Tesla-Fans kritisierten Autos wie den BYD e6, ja. Ich fand es zu schwer, aber mit den Batterien hatte ich kein Problem. Andere bemängelten die Batterien, aber nicht diejenigen, die wie ich beispielsweise Erfahrung mit LFP haben. Tatsächlich verstand ich zunächst nicht, was Tesla mit einer eindeutig volatilen und feueranfälligen Batteriechemie machte. Dann fand ich heraus, dass sie in ihren Rucksäcken spezielle Feuerlöschmaterialien verwendeten und mit jeder Zelle in Reihe geschaltete Schmelzverbindungen verwendeten, sodass bei einem Kurzschluss einer Zelle die Verbindung durchbrennen würde. Sie arbeiteten auch an ihren Zelldeckeln, um den Druck im Falle einer Ausgasung zu verringern. Nichts davon konnte die größere Volatilität und Anfälligkeit für thermisches Durchgehen und Massenbrände stoppen. Es reduzierte lediglich die Ausbreitungsgeschwindigkeit und gab den Insassen Zeit zum Aussteigen. Sie schützten den Rucksack mit einer dicken Aluminiumschale vor Durchschlägen und gaben ihm starke Seitenstützen. Jede NMC- und NCA-Packung fängt Feuer, wenn sie beschädigt wird. Winston zeigte Filme von LFP, die von Nägeln und Kugeln durchbohrt wurden. Das sind Standardtests. Es gibt einen Flammentest, einen Backtest und einen vollständigen Kurztest. (Versuchen Sie das nicht zu Hause.)

Wenn es richtig gemacht wird, kann LFP ohne Feuer durchbohrt werden. Tesla hat einfach trotzdem NMC und NCA eingesetzt und mit cleveren Gegenmaßnahmen dagegen vorgegangen. Als NMC eine höhere Energiedichte und einen höheren Nickelgehalt erreichte, wurde es noch volatiler.

Zusätzlich zu den Sicherheitsvorteilen verfügt LFP über eine wesentlich höhere Zyklenlebensdauer, mindestens 4.000 Zyklen, ein steifes Entladungsprofil und einen sehr geringen Innenwiderstand. Es ist eine wirklich gute Energiequelle. Diejenigen unter Ihnen, die LFP-Teslas oder andere Fahrzeuge besitzen, sollten daran festhalten. Ihre Akkus könnten ein Leben lang halten.

Tatsache ist, dass LFP im Jahr 2010 eine niedrige Energiedichte aufwies.

Was die meisten nicht wissen, ist, dass Batterien aus Komponenten hergestellt werden, die einzeln beschafft werden. Kathode, Anode, Separator und Elektrolyt werden typischerweise von anderen Firmen hergestellt. Es ist kein Unfall. Bei der Einführung von LFP konnte BASF einige der Teilkomponenten beziehen, da sie über eine Lizenz verfügte. 3M verfügt über eine Lizenz zur Herstellung von NMC-Komponenten. So wird es gemacht. Mit jeder Verbesserung verbessert sich auch die Leistung. Mit der Verbesserung der NMC-Batterien durch bessere Kathoden und Elektrolyte entwickelten sich auch die LFP-Batterien weiter. BYD war einer der ersten Anwender von LFP. Das Unternehmen blieb am Ball und CATL auch. Schließlich wurde die Dichte ausreichend, als sich die Dinge verbesserten, und sie erkannten, dass weniger Kühlung erforderlich war, sodass es besser gepackt werden konnte. Das gab den Ausschlag.

Möglicherweise stellt Tesla nun endlich LFP-Batterien her, oder jemand anderes stellt sie in den USA her und liefert sie an Tesla. Dies wäre jedoch nie passiert, wenn dem Import der Zellen aus China nicht die Tür verschlossen wäre. Derzeit wird nur eine große Fabrik zur Herstellung von LFP gebaut, und zwar in Arizona, deren Eröffnung für 2025 oder 2026 geplant ist.

Ford wollte in Michigan ein Gotion-Werk zur Herstellung von LFP-Batterien errichten, aber bisher hat Sinophobia es geschlossen oder verlangsamt. Das ist übrigens eine gemeinnützige Nachrichtenquelle aus Michigan. Schauen Sie vorbei und spenden Sie, wenn Sie möchten.

Jetzt muss alles so aussehen, als hätte es keine Verbindungen zu China, also sieht es koreanisch aus oder was auch immer.

Northvolt und andere Batteriehersteller haben versucht, neu anzufangen. Dazu ist es wie gesagt: Man braucht die Materialien und Unterkomponenten. Sie benötigen eine Quelle für Lithiumhydroxid oder Lithiumcarbonat, und Sie benötigen eine Quelle für Graphit oder raffinierten Kohlenstoff mit den richtigen Eigenschaften, einen Elektrolyten und eine Kathodenquelle. Solche Dinge werden normalerweise von BASF oder 3M und anderen hergestellt. Man macht nicht einfach alles selbst. Um LFP wirklich im Inland und ohne Zölle herzustellen, benötigen Sie eine Quelle für all diese Materialien außerhalb Chinas. Es braucht Zeit, Lieferanten davon zu überzeugen, dass Sie über das nötige Volumen verfügen, um ihre Investitionen in die Herstellung dieser Produkte zu rechtfertigen. Schließlich benötigen Sie bei LFP eine Quelle für seine einzigartigen Anforderungen. Es benötigt Phosphor. Schließlich handelt es sich um LFP – Lithiumeisenphosphat – und die weltweit größte Phosphatquelle befindet sich in Marokko.

Für mein Geld ist LFP großartig und ich hätte nichts dagegen, ein LFP-Fahrzeug zu haben, wie es Tesla früher importiert hat und das in China hergestellt wurde. Das Geheimnis ist: Wenn Sie eines haben und es eine Reichweite von 250 Meilen hat, wenn diese Zellen LFP sind und eine Lebensdauer von 4.000 Zyklen haben, könnte dieses Paket fast eine Million Meilen zurücklegen. Alles im Auto hält nicht eine Million Meilen, es sei denn, Sie legen in 5 Jahren oder in einem sehr kurzen Zeitraum eine Million Meilen zurück. Die kalendarische Lebensdauer von Zellen beträgt bei normalen oder kühlen Temperaturen mehr als 15 Jahre. Der Elektrolyt verschlechtert sich spontan mit Spannung und Temperatur und es handelt sich um eine sehr nichtlineare Reaktion. Wärmemanagement ist unerlässlich.

Als nächstes: Natriumbatterien – insbesondere neue Typen, die Preußischweiß verwenden, abgeleitet von Preußischblau, bestehend aus Eisen, Kohlenstoff und Stickstoff. Sie umgehen die Kobalt-Anforderung wie LFP, bieten aber noch ein paar weitere Vorteile. Sie benötigen keine Quelle für hochraffiniertes und gereinigtes Lithium und haben darüber hinaus noch einige weitere Vorteile. Sie ignorieren die Frage der für LFP erforderlichen Quellen für reine Phosphate. In China kommen zunehmend Natriumionenbatterien zum Einsatz, die in kleine Elektrofahrzeuge eingebaut werden, und CATL hat eine Fabrik eröffnet. Mittlerweile gibt es andere Unternehmen, die sich mit Natriumbatterien befassen, und rForschungsarbeiten befassen sich mit dem Betrieb bei niedrigen Temperaturen.

Apropos Vorhersagen: Ich wusste immer, dass Nickel-basierte Chemikalien nicht das einzige Spiel für Batterien sein würden. Jeder auf diesem Gebiet hätte gewusst, dass sich die Batteriechemie in Anwendungen aufteilen würde, die am besten zu ihnen passen. Der Vorteil nickelbasierter Chemikalien für die Energiespeicherung war vorübergehend und sie verlagerten sich schnell auf LFP. Diese Entwicklung der Batteriechemie für bestimmte Anwendungen wird sich fortsetzen. Wenn Batteriechemien für die Luftfahrt entwickelt werden, ist es wahrscheinlich, dass sie sich von denen unterscheiden, die wir bei Autos und stationären Speichern sehen. Ich freue mich auf die Entwicklungen bei Natriumbatterien. Es sieht so aus, als ob sie sich endlich durchsetzen werden, da sie in kostengünstigen Fahrzeugen zum Einsatz kommen, und mit ihrer Weiterentwicklung könnten sie LFP verdrängen, wenn LFP besser wird und sich auf Autoanwendungen verlagert.

Unterdessen ist die Entwicklung des Festkörpers ungewiss. Diese Art von Hin- und Herverschiebung von Anwendungen und die Ungewissheit darüber, welche Technologien auf den Markt kommen werden, ist völlig normal und wird in dem, was wir grob als High-Tech bezeichnen, erwartet. In diesen Bereichen werden unzählige Erfindungen ausprobiert, aber nur wenige sind erfolgreich, selbst wenn sie realisierbar sind, denn wenn zuerst eine andere neue Technologie Einzug hält, schwinden die Chancen auf kommerziellen Erfolg. Es reicht nicht aus, etwas zum Laufen zu bringen. Es reicht nicht aus, etwas in Volumen zu machen. Da muss man auch erstmal hinkommen.