Lithiumtitanat? Sagt Ihnen das was? Wir mussten erst nachschauen. Das Material, das auch als Lithium-Titanoxid oder LTO bezeichnet wird, kommt als Alternative zu Graphit an der Anode zum Einsatz. Es soll für deutlich höhere Ladegeschwindigkeiten sorgen.

Toshiba hat solche Zellen schon 2022 vorgestellt – die Handelsbezeichnung lautet Super Charge Ion Battery (SCiB). Unter der Bezeichnung SCiB Nb gibt es nun auch eine Variante mit Niob-Titanat (NTO), die laut Toshiba eine dreimal größere volumetrische Energiedichte als LTO haben soll. Die Vorteile der LTO-Technologie – hohe Laderaten und lange Haltbarkeit – sollen erhalten bleiben. Solche SCiB-Nb-Zellen wurden jetzt in einen Elektrobus eingebaut.

Die Batterie soll sich extrem schnell aufladen lassen, schreibt Toshiba: Etwa 10 Minuten sollen reichen, um den Akku zu laden. Außerdem verspricht Toshiba eine hohe Energiedichte.

Eine SCiB-Nb-Zelle von Toshiba

Der Bus-Prototyp soll Daten zu den Eigenschaften der NTO-Batterie liefern. Er wurde von Volkswagen Truck & Bus Brasilien entwickelt, einem Pionier in der Entwicklung und Produktion von Elektro-Nutzfahrzeugen. Das Fahrzeug wird als Demonstrator im Werk von Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração (CBMM) im brasilianischen Araxá eingesetzt. CBMM ist der weltweit größte Produzent von Niob; in Aeraxá wird das Metall aus einem Mineral namens Pyrochlor (Ca2Nb2O7) gewonnen.

Ebenfalls beteiligt ist die Sojitz Corporation, ein CBMM-Anteilseigner und  Großhandelsunternehmen aus Japan. Die Firma will eine weltweite Lieferkette für die Zellen aufbauen. Zusammen wollen die drei Unternehmen die Lithium-Ionen-Zellen mit NTO-Anode im Frühjahr 2025 auf den Weltmarkt zu bringen. Die Batterien sollen hauptsächlich in Elektro-Nutzfahrzeugen Verwendung finden.

In Wikipedia gibt es einen eigenen Eintrag zu LTO-Batterien. Darin heißt es, die stärkere chemische Bindung des Lithiums im Titanat verhindere die Bildung einer isolierenden Oberflächenschicht auf der Elektrode. Dieses Solid Electrolyte Interface (SEI) ist bei Graphitanoden einer der Hauptgründe für die Alterung. Zudem gelten LTO-Zellen als besonders sicher. Nachteilig ist die geringere Spannung: Sie beträgt nur rund 2,4 Volt statt 3,6 Volt bei normalen Lithium-Ionen-Zellen. Das führt zu einer geringeren Energiedichte. Dennoch werden LTO-Zellen unter anderem im japanischen i-MiEV eingesetzt. Auch NTO-Zellen werden erwähnt; diese werden in batterieelektrischen Zügen vom Typ Siemens Mireo Plus B (Wikipedia) eingesetzt.

Um das Potenzial von NTO zu erkunden, unterzeichneten Toshiba, CBMM und Sojitz im Juni 2018 eine Kooperationsvereinbarung. Im September 2021 wurde diese auf die Serienproduktions-Prozesse ausgeweitet, und im August 2023 wurde auch noch eine Kooperation bei Vertrieb und Marketing beschlossen.

Nach der Toshiba-Website zu den SCiB-Nb-Zellen haben die Zellen folgende technischen Daten:

  • Speicherkapazität: 50 Amperestunden (Ah)
  • Nennspannung: 2,3 Volt
  • Max. Leistungsabgabe: 1000 Watt (bei SoC 50% und 25 Grad Celsius für 10 Sek.)
  • Max. Leistungsaufnahme: 2000 Watt (bei SoC 50% und 25 Grad Celsius für 10 Sek.)
  • Volumetrische Energiedichte: 350 Wattstunden pro Liter (307 Wh/L mit Tab und Versiegelung)
  • Gravimetrische Energiedichte: 130 Wh/kg
  • Maße: 98 x 280 x 12 mm (102 x 310 x 12 mm mit Tab und Versiegelung)
  • Gewicht: ca. 860 Gramm
  • Schnelllade-Rate: 5C (in 10min. auf 80% SoC)
  • Betriebstemperatur: -30 bis +60 Grad Celsius

Unter dem Strich

An der Kathode von Lithium-Ionen-Zellen stecken je nach Variante Nickel-Mangan-Nickeloxide (NMC), Nickel-Cobalt-Aluminium-Oxide (NCA) oder Lithiumeisenphosphat (LFP). An der Anode kommt klassischerweise Graphit zum Einsatz, manchmal mit Silicium im einprozentigem Bereich vermischt. Neben Silicium gelten Lithiumtitanat (LTO) und Niobtitanat (NTO) als vielversprechendste Materialien für die Anode. Diese Chemie wird von Toshiba vorangetrieben; sie eignet sich vor allem für Nutzfahrzeuge und andere Anwendungen, bei denen extrem schnelles Aufladen und lange Lebensdauer wichtiger sind als die Energiedichte.