Electrode to Pack: 24M präsentiert "Etop"-Batterie

Ob zylindrisch, prismatisch oder Pouch: Gängige Batteriezellen enthalten immer auch einen großen Anteil passiver Materialien, denn der Zellbehälter trägt ja nichts zur Speicherkapazität bei. Der US-amerikanische Batteriespezialist 24M will mit seiner Electrode-to-Pack-Technologie (Etop) dieses Passivmaterial minimieren. Durch die erhöhte Energiedichte soll sich die Reichweite von Elektroautos um bis zu 50 Prozent erhöhen lassen.

Bild von: 24M

Bei der Etop-Technologie werden je eine Kathode und eine Anode in dünnen Polymerfolien versiegelt und übereinander gestapelt. Dieser Stapel kann dann direkt in ein Batteriepack gesteckt werden. Sowohl Zellen als auch Module sind überflüssig, schreibt die in Massachusetts ansässige Firma. Die Packs können flexibel konfiguriert und in verschiedenen Größen hergestellt werden. Dabei sollen sogar ungewöhnliche Formen wie Ovale oder Sechsecke möglich sein. So könnte man den im Auto verfügbaren Platz optimal nutzen. 

Auch praktisch jede Chemie soll möglich sein – man ist also beim Kathodenmaterial (NMC, LFP, NCA etc.) weitgehend flexibel. Die Elektroden lassen sich wie Zellen seriell oder parallel verschalten. In Reihe geschaltet, lässt sich so die Spannung bis auf die bei E-Autos üblichen Niveaus von 400 oder 800 Volt erhöhen. Parallel geschaltet, erhöhen mehr Elektroden nur die Speicherkapazität.

Bei einer Etop-Batterie machen Elektroden bis zu 80 Prozent des Packvolumens aus, also deutlich mehr als bei einem konventionellen Batteriepaket, wo der Anteil bei 30 bis 60 Prozent liegt, so 24M. Die höhere Energiedichte bietet zwei Möglichkeiten: Entweder man nutzt sie für mehr Reichweite oder man senkt die Kosten des Elektroautos durch den Einsatz einer kostengünstigeren Chemie wie etwa LFP oder Natrium-Ionen-Chemie.

Die Speicherkapazität einer 75-kWh-Batterie mit NMC-Chemie (Nickel-Mangan-Cobalt) könnte mit der Etop-Technik bei gleicher Chemie auf über 100 kWh erhöht werden, verspricht 24M. Das würde die Reichweite bei gleicher Paketgröße um ein Drittel erhöhen. Aus 600 km Reichweite würden also zum Beispiel 800 km Reichweite. Alternativ könnte man die NMC-Kathoden durch eine günstigere LFP-Technik ersetzen.

Auch in der Fertigung sollen sich erhebliche Vorteile ergeben. Da die Elektroden einzeln versiegelt sind, müssen die Sicherheitstoleranzen nicht so eng sein wie bei herkömmlichen Batterien. Dies verbessert Ausbeute und Sicherheit und senkt gleichzeitig die Investitionskosten, da herkömmliche hochpräzise Geräte überflüssig werden.

"Etop von 24M minimiert Verpackungsmaterial und Platzverschwendung und bringt einen Leistungssprung", schwärmt 24M-Chef Naoki Ota. "Es ersetzt die traditionelle Zelle-Modul-Pack-Konstruktion durch eine Elektrode-Pack-Konstruktion und maximiert so die Energiedichte." Die Technik ermögliche die Fertigung kompakter, flexibler und sicherer Hochvoltbatterien und ermögliche entweder mehr Reichweite oder kostengünstigere Chemie. So komme man einer idealen Batterie am nächsten – im Wesentlichen besteht sie ausschließlich aus aktivem Material in einer ausgeklügelten Hülle.

Gänzlich neu ist die Technologie nicht; 24M hat sie bereits 2023 vorgestellt; die Kollegen von InsideEVs.com berichteten damals. Die Technologie kann auch zusammen mit dem Impervio-Separator, dem Eternalyte-Elektrolyt und der LiForever-Elektrode von 24M verwendet werden.

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Unter dem Strich

Etop steht für Electrode-to-Pack. Diese Bezeichnung lehnt sich an gängige Batterietechnologien wie Cell-to-Pack (ohne Module) und Cell-to-Body (ohne separates Batteriegehäuse) an. Allerdings können Elektroden alleine keine Energie speichern; es braucht eine elektrochemische Zelle. Wenn 24M behauptet, ohne Zelle auszukommen, ist das also ein wenig irreführend.

Wenn wir recht verstehen, packt 24M bei seiner Technologie jeweils eine Kathode und eine Elektrode in einen Kunststoffbeutel. Laut Emobilty-Engineering.com sind die Elektroden dabei besonders groß – den Bildern nach genauso groß wie die ganze Batterie. Dabei bestehen die Elektroden nur aus Aktivmaterial, als zum Beispiel Lithiumeisenphosphat bzw. Graphit, und einem Stromableiter. Das Aktivmaterial wird mit einem flüssigen Elektrolyt aufgeschlämmt.

Ein Separator zwischen Kathode und Anode ist angeblich nicht nötig. Struktur und Zusammensetzung der halbfesten Elektroden sollen für eine natürliche Trennung sorgen, wodurch ein Kurzschluss verhindert wird. Wie all das genau funktioniert, bleibt wohl Firmengeheimnis.