Elektrofahrzeuge, die mit Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien (LFP) betrieben werden, erfreuen sich weltweit wachsender Beliebtheit. Im Vergleich zu herkömmlichen Nickel-Mangan-Kobalt-Batterien (NMC) sind LFP-Batterien billiger in der Herstellung, stellen ein geringeres Brandrisiko dar und haben eine längere Lebensdauer.
Sie haben jedoch eine geringere Energiedichte, weshalb Automobilhersteller LFP-Batterien typischerweise in Einsteigermodellen wie dem Tesla Model 3 mit Heckantrieb, dem Ford Mustang Mach-E und dem Dual Standard Rivian R1S der zweiten Generation verwenden.
Die Autohersteller empfehlen, die LFP-Batterie regelmäßig zu 100 % aufzuladen, im Falle von Tesla mindestens einmal pro Woche und bei Ford einmal im Monat. Dies hilft bei der Kalibrierung des Akkus, so dass Sie jedes Mal, wenn Sie sich hinter das Steuer setzen, eine genauere Reichweitenanzeige auf Ihrem Kombiinstrument erhalten. Dies wird auch empfohlen, um die Gesundheit der Batterie zu erhalten und Leistungseinbußen zu vermeiden.
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Das ist das genaue Gegenteil von NMC-Akkus - die in den meisten Elektrofahrzeugen wie den Teslas mit großer Reichweite angeboten werden -, bei denen die Hersteller eine Grenze von 80-90 % für das tägliche Laden empfehlen. Werden sie zu 100 % aufgeladen, kann die Kapazität des Akkus, Energie zu speichern, mit der Zeit abnehmen. Dies liegt vor allem daran, dass die Langlebigkeit der Batterie negativ mit Wärme und Spannung zusammenhängt. Je höher der Ladezustand, desto höher die Spannung und die Wärme im Akku, was die Degradation beschleunigt.
Eine neue Studie, die diese Woche im Journal Of Electrochemical Society veröffentlicht wurde, widerspricht jedoch den Behauptungen der Autohersteller über die Lademuster von LFP. Die Studie besagt, dass wiederholte Ladezyklen bei einem höheren Ladezustand die LFP-Zellen mit der Zeit schädigen können. In der Studie wird genau beschrieben, wie dies auf kleinster Ebene geschieht. Aber Hut ab vor dem YouTuber Jason Fenske von Engineering Explained, der es für uns aufgeschlüsselt hat.
Die Forscher fanden heraus, dass bei voll aufgeladenen LFP-Batterien durch Hochspannung und Hitze schädliche Verbindungen im Akku entstehen. Bei häufigen Zyklen - d. h. Entladen und vollständiges Aufladen - lagern sich diese schädlichen Verbindungen an der negativen Elektrode ab, verbrauchen Lithium und führen zu einer Verschlechterung. "Bei höherem SoC, also höherer Spannung, werden die negativen Reaktionen im Elektrolyten beschleunigt und der Lithiumvorrat verbraucht", so die Autoren.
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Wenn Sie Ihr Elektroauto nicht über längere Zeiträume fahren, kann es hilfreich sein, die Batterie in einem niedrigeren Ladezustand zu belassen, da eine geringere Spannung auf lange Sicht nicht schadet. "Zyklen in der Nähe des höchsten Ladezustandes (75-100% SoC) sind für LFP/Graphit-Zellen schädlich. Unsere Ergebnisse zeigen eine Korrelation zwischen der durchschnittlichen SoC des Batteriebetriebs und der Rate des Kapazitätsabfalls, was bedeutet, dass die Lebensdauer umso länger ist, je niedriger die durchschnittliche SoC ist...", heißt es in der Studie. "Daher ist es wichtig, die Zeit, die bei hohen Ladezuständen verbracht wird, zu minimieren."
Zu den Autoren der Studie gehörte Dr. Jeff Dahn, ein preisgekrönter Batterieforscher, der die von Tesla finanzierte Jeff Dahn Research Group leitet. Das Labor von Dahn ist eine der weniger bekannten Waffen von Tesla. Es hat der Marke geholfen, die NMC-Chemie zu beherrschen. Electric Autonomy Canada besuchte letztes Jahr das von Tesla finanzierte Labor an der Dalhousie University in Kanada. Das Magazin beschrieb die Beziehung zwischen Tesla und der Dahn Research Group als "eine Yin- und Yang-Dynamik". Das eine ist ein schnelllebiges, immer hungriges Unternehmen. Das andere ist ein langsames, fleißiges akademisches Labor".
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Dennoch hat es einige Schwachstellen. In der Studie heißt es, dass ein Ladezyklus von 0-25 % die Lebensdauer der Batterie verlängert. Das scheint im Hinblick auf die Bequemlichkeit für alltägliche Nutzer sinnlos zu sein, insbesondere wenn man kein Ladegerät zu Hause oder im Büro hat und auf öffentliche Ladestationen angewiesen ist.
Die Studie konzentriert sich ausschließlich auf die Langlebigkeit der Batterien und nicht auf die besten Ladepraktiken insgesamt. Sie lässt außer Acht, was für die breite Masse der E-Auto-Käufer am besten ist, wie z. B. bestimmte Anwendungsfälle, Komfort, Ladezeiten und mehr. Es ist also immer noch ratsam, die Empfehlungen des Autoherstellers zu befolgen.
Ein höherer Ladezustand ist in den meisten Fällen von Vorteil, z. B. auf Reisen, bei Stromausfällen, wenn Sie das Fahrzeug zu Hause aufladen müssen, im Winter, wenn die Reichweite schneller abnimmt, oder einfach nur, um sich zu beruhigen. Außerdem halten moderne Batterien selbst bei schlechter Ladepraxis hunderttausende von Kilometern.
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Das ist einer der Gründe, warum die Hersteller lange Garantien auf sie gewähren. Damit soll die Studie nicht geschmälert werden, denn sie erfüllt immer noch die wichtige Aufgabe, mehr Facetten einer noch relativ neuen Technologie zu entdecken.
Vor allem empfehlen die Autoren nicht, Ihre Ladegewohnheiten zu ändern. "Wie praktisch ist es, eine Batteriezelle nur in niedrigen SoC-Bereichen zu laden? Es gibt eindeutig einen Kompromiss zwischen nutzbarer Kapazität und Kapazitätserhalt... Es ist nicht realistisch, zu empfehlen, LFP-Zellen nur zwischen 0 % und 25 % SoC zu zyklisieren, denn das ist eine Verschwendung von Kapazität."