Die erfolgreichsten Produzenten reiner Elektroautos nutzen Batterien, die einige deutliche Unterschiede aufweisen. Das haben deutsche Ingenieure herausgefunden, indem sie die aktuell verbauten Akkumulatoren von Tesla und BYD auseinandergenommen und eingehend untersucht haben.

Sie entdeckten, dass eine hohe Energiedichte und Leistung die Batterien von Tesla kennzeichnen, während bei den Batterien von BYD Volumeneffizienz und kostengünstigere Materialien im Vordergrund stehen. Die Gruppe um Jonas Gorsch von der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen (RWTH Aachen) hat ihre Studie im Fachjournal "Cell Reports Physical Science" veröffentlicht.

Unterschiede in Bauweise und Gewicht

"Es gibt nur sehr wenige detaillierte Daten und Analysen zu modernen Batterien für Automobilanwendungen", wird Gorsch in einer Mitteilung des Fachjournals zitiert. Die Forschungsgruppe ließ sich deshalb Tesla-4680-Zellen und BYD-Blade-Zellen liefern.

Äußerlich unterscheiden sich die Batterien stark: BYD verwendet einen flachen Akku mit einer Länge von 96,5 Zentimetern. Die Batteriezelle von Tesla ist hingegen rund und hat einen Durchmesser von 4,6 Zentimetern. Die BYD-Batterieeinheit wiegt 2700 Gramm, während es bei der Tesla-Einheit nur 355 Gramm sind. Das Forschungsteam machte keine Angaben dazu, wie viele der Batterien in einem Fahrzeug verbaut sind.

Zunächst ermittelte die Gruppe um Gorsch Kennzahlen der Batterien im vollständigen Zustand. So kommt der Akku von Tesla auf eine Energiedichte von 643,3 Wattstunden pro Liter, während es beim Akku von BYD nur 355,3 Wattstunden pro Liter sind. Im Hinblick auf das Gewicht ist der Unterschied nicht ganz so groß, weil die Ummantelung der BYD-Zelle aus Aluminium besteht, während die Tesla-Zelle von vernickeltem Stahl - der deutlich schwerer ist - umgeben ist.

Die höhere Energiedichte führt bei der Tesla-4680-Zelle dazu, dass sie bei einem Lade- und Entladevorgang doppelt so viel Wärme erzeugt wie die BYD-Blade-Zelle. Tesla muss also einen höheren Aufwand betreiben, um die Wärme abzuführen; zugleich stellt die Abwärme einen Energieverlust dar.

Materialanalyse liefert Überraschungen

Nach diesen Tests zerlegten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Batterien, analysierten die Materialien und rekonstruierten die Herstellungsprozesse. So entdeckten sie, dass für die Fertigung der BYD-Batterie zwei Arbeitsschritte mehr als für die Produktion der Tesla-Batterie benötigt werden. Einige Materialien, beispielsweise bei den Elektroden, wichen teilweise deutlich von den Erwartungen der Forschenden ab. "Wir waren überrascht, in den Anoden der beiden Zellen, insbesondere in der Zelle von Tesla, keinen Siliziumgehalt zu finden, da Silizium in der Forschung allgemein als Schlüsselmaterial zur Erhöhung der Energiedichte angesehen wird", so Gorsch. Stattdessen komme Grafit (Kohlenstoff) zum Einsatz, wie auch in der BYD-Batterie.

Ebenso unerwartet seien die gefundenen Gemeinsamkeiten zwischen den Batterien: So seien die darin jeweils eingesetzten Folien mittels Laserschweißen miteinander verbunden und nicht durch Ultraschallschweißen wie bei vielen anderen Branchenvertretern. Und obwohl die BYD-Batterie viel größer sei als die von Tesla, hätten die passiven Komponenten - zu denen etwa das Gehäuse gehört - bei beiden einen ähnlichen Anteil.

Kosten, Reichweite oder Leistung bestimmen die Chemie

Bei der Batteriechemie zeigen sich hingegen strategische Unterschiede zwischen den Herstellern: Der BYD-Akku ist eine Lithium-Eisenphosphat-Batterie, die kostengünstig ist und eine lange Lebensdauer bietet, weshalb die mit ihr ausgestatteten Fahrzeuge günstiger angeboten werden können. Im Gegensatz dazu bieten Substanzen mit einem hohen Nickelgehalt wie das von Tesla genutzte NMC811 eine höhere Energiedichte, wie sie für die gehobene Fahrzeugklassen üblich ist. "Die Wahl zwischen diesen Chemikalien hängt davon ab, ob der Schwerpunkt auf Kosten, Reichweite oder Leistung liegt", heißt es in der Studie.

Gorsch fasst zusammen: "Die Erkenntnisse liefern sowohl der Forschung als auch der Industrie einen Maßstab für großformatige Designs von Zellen und dienen als Grundlage für weitere Analysen und -optimierungen." Die erhobenen Daten könnten den Entwicklern von Batteriezellen bei der Entscheidung über Format, Größe und aktive Materialien helfen. Die Studie schließt: "Da sowohl Tesla als auch BYD ihre Batterietechnologien weiterhin innovativ gestalten und verbessern, werden die Ergebnisse dieser Studie als Maßstab für künftige Entwicklungen bei der Gestaltung von Autobatterien von Nutzen sein."

Quelle: ntv.de, Stefan Parsch, dpa

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