Kathode besteht ausschließlich aus Nickel und Mangan

Einer der problematischen Aspekte von Elektroautos ist der Einsatz von Kobalt (der Chemiker schreibt Cobalt) in den Akkus. Denn das Metall wird unter Bedingungen abgebaut, die sowohl Menschen als auch der Umwelt schaden. Deshalb suchen Akkuhersteller seit Längerem nach kobaltfreien Alternativen. Nun bringt der chinesische Hersteller Svolt eine kobaltfreie Lithium-Ionen-Zelle auf den Markt.

Vorgestellt wurden die Batteriezellen mit kobaltfreier Zellchemie bereits auf der Internationalen Automobil-Ausstellung (IAA) im September 2019. Nun sind die ersten beiden Zellvarianten bestellbar.

Bildergalerie: Svolt NMX-Batteriezellen ohne Kobalt

Bei den neuen Svolt-Batteriezellen handelt es sich um Nickel-Mangan-Zellen (NMX), bei denen die Kathode zu 75 Prozent aus Nickel und 25 Prozent aus Mangan besteht, während auf Kobalt verzichtet wird.

Das teure und zugleich wenig umweltfreundliche Schwermetall war in den 90er- und Nuller-Jahren Hauptbestandteil der meisten Lithium-Ionen-Akkus (dem Lithium-Cobaltdioxid-Akku mit LiCoO2 als Kathodenmaterial). Heute wird Kobalt zur thermischen Stabilisierung von Nickel-Mangan-Cobalt-Zellen (NMC-Zellen) eingesetzt. NMC-Zellen verwenden Kathodenmaterial mit der chemischen Zusammensetzung LiNixMnyCozO2. Sie sind günstiger als der LiCoO2-Akku, weil sie weniger von dem teuren Kobalt enthalten. Eine andere kobaltfreie Variante von Lithium-Ionen-Akkus ist der Lithium-Eisenphosphat-Akku (LFP-Akku) mit LiFePO4 als Kathodenmaterial.

Die neuen Svolt-Zellen sollen durch den Verzicht auf Kobalt und einen niedrigen Nickel-Gehalt rund fünf Prozent preiswerter als klassische Hochnickelbatteriezellen sein. Gleichzeitig liegt die Energiedichte mit 240 bis 245 Wattstunden pro Kilo (Wh/kg) nur fünf Prozent unter der von vergleichbaren Nickel-Mangan-Cobalt-Zellen (NMC-Zellen), so Svolt.

Auch die thermische Stabilität, die Zyklenalterung sowie wie kalendarische Alterung soll deutlich geringer sein als bei herkömmlichen NMC-Zellen. So sind laut Svolt mehr als 2.500 Ladezyklen möglich. Die lange Lebensdauer der NMX-Batteriezellen erzielt Svolt durch ein eigens entwickeltes Kathodenmaterial. Eingesetzt wird ein Einzelkristall mit einer hauchdünnen Oberflächenbeschichtung (Nano-Coating), die aus nur wenigen Hundert Molekülen besteht.

Der Einzelkristall reduziert eine der Hauptursachen für die Alterung von Elektroauto-Batterien: die Entstehung von Mikro-Rissen im Kathodenmaterial. Gleichzeitig schützt die Beschichtung vor Nebenreaktionen mit dem Elektrolyten.

Zudem setzt Svolt auf ein Dotierungsverfahren, bei dem Fremdatome in das Kathodenmaterial eingebaut werden. Dieses "Doping" stabilisiert nicht nur die Zellen ohne die Verwendung von Kobalt , sondern erhöht zudem die Beweglichkeit der Lithium-Ionen in der Kathode sowie die Leitfähigkeit – und damit die Leistung der Batterie. 

Starten soll die Serienproduktion der neuen Produkte im Juni 2021 im Werk in Jintan, China. Ab Ende 2023 können die neuartigen Batterien auch im geplanten Batteriezell-Werk von Svolt im Saarland produziert werden. Dort sollen sowohl eine Zellproduktion als auch eine Modul-Fertigung entstehen. Die Produktion wird eine Kapäzität 24 Gigawattstunden (GWh) jährlich haben. Das würde für 300.000 bis 500.000 Elektroautos reichen, wie Motor1.com im November berichtete.

Bildergalerie: Svolt-Batteriezellfabrik im Saarland