@Deflationator
Die Entwicklung des Nickel-Cobalt-Akkus führte bereits im Jahr 2017 zu den ersten Serienakkus.
Ist also keineswegs eine Neue Entwicklung!
Dass diese Technologie nicht weiter verfolgt wurde, liegt hauptsächlich an der Gefährlichkeit der NMC-Akkuzellen.
Heutige LiIon-Akkus verwenden Kobaltoxid als Katodenmaterial, dessen Brandproblematik durch den im Akku gebundenen Sauerstoff hinlänglich bekannt sind. Auf der Anodenseite wird ähnlich anderer Akkus eine Mischung mit Lithium verwendet.
Die NMC-Zellen verwenden jedoch das noch "sauerstoffreichere" und reaktionsfreudigere Nickeloxid, welches nicht nur, zu einen von LiIon-Akkus bekannten Brand führen kann, sondern durch die notwendige mechanische Konstruktion eher einer Hohlladung gleicht. Die Entwicklung wurde für spezielle Bereiche in der Rüstung und Raumfahrt durchgeführt. Dort, wo ein Abbrennen oder Explodieren der Zellen tolerierbar ist (Verlustgerät wie Sonden oder Waffenlenksysteme).
Vielleicht ist es ganz gut, mal bisschen Akku-Chemie zu erläutern (Sorry, wenn ich jetzt nicht jede Aussage verlinke):
Für die Anwendungen von Heute und Morgen sind nach aktuellen Stand der Wissenschaft nur System auf Lithiumbasis möglich. Alle anderen theoretisch möglichen Stoffe sind entweder nicht in ausreichender Form verfügbar oder technisch nicht handlebar. Wobei Lithium trotz aller Probleme noch der am einfachsten zu beherrschende Stoff ist.
Eine Batterie/Akku besteht einfach ausgedrückt, zu zwei Stoffen bzw. Stoffgemischen, die elektrisch voneinander getrennt sind. En Stoff bildet den Minuspol (Katode) der andere Stoff den Polspol (Anode). Im Leerzustand (nicht entladen!!) herrscht zwischen beiden Stoffen ein elektrisches Gleichgewicht.
Wird nun von Außen eine Spannung angelegt, sorgt der Stromfluss im Akku für eine Ladungstrennung - Der Akku wir geladen. Wird danach ein Verbraucher an den Akku angeschlossen, fließt über diesen ebenfalls ein Strom, nur in umgekehrter Richtung - Der Akku wird entladen.
Bei früheren Akkus wurde die Trennung der Stoffe durch einen sogenannten Separator erreicht, was jedoch die Kapazität in Wh/mm² stark reduziert. In der Folge wurden die Separatorschichten immer dünner, was sich wiederum negativ auf die Lade-/Endlade-Zyklen auswirkte. Bei den heute aktuellen Akkus auf Lithiumbasis wird die Separatorschicht durch eine im System erzeugt Oxidschicht gebildet.
Wird ein solcher Akku zu tief entladen, wird die Oxidschicht abgebaut und die Polstoffe reagieren chemisch miteinander. Wir der Akku zu weit geladen geschieht das Gleiche - In beiden Fällen kommt es zu einer u.U. heftigen chemischen Reaktion. Natürlich kann auch eine kleine Beschädigung (Akku fällt vom Tisch) die Oxidschicht schädigen..
Als Gegenpol für das Lithium/Lithiumgemisch kommen wiederum verschieden Stoffe zum Einsatz, die sich zwar nicht auf die mechanische Beständigkeit, wohl aber das Brandverhalten auswirken.
Hierfür ist die Menge es im Katodenmaterial gebunden Sauerstoffs entscheidend. Einfach ausgedrückt, je geringer der Sauerstoffgehalt, desto geringer die Brandfolgen, aber auch andere Parameter wie Kapazität, Lade-/Entladestrom und Ladezyklen.
Von energetischer Seite ist Nickeloxid hier der Stoff, der die höchsten Kapazitäten erlaubt, aber eben auch äußerst reaktionsfreudig werden kann.
Weitere Stoffe, in Reihenfolge abnehmender Sauerstoffgehalte, wären Kobaltoxid, Manganoxid und schließlich Eisenphosphatoxid welches zu wenig Sauerstoff für einen Brand in der Zelle beinhaltet. - Aber eben auch eine geringere Kapazität.
Eisenphosphatoxid führt zu den mittlerweile bekannten LiFePo4-Akkuzellen, die robust und sicher sind, jedoch in Vergleich zu Bleibatterien gesetzt werden können! Als Vorteile bleiben ein wesentlich geringere Gewicht, höhere Leistung und Lebensdauer, sowie stabilere Spannung unter Last.
Diese Akkus sind jedoch komplizierter herzustellen und damit teurer. Sie werden derzeit nur in Stromspeichern und speziellen Insel-PV-Anlagen eingesetzt.
hierzu noch ein interessantes Zitat aus eine Fachpubliktion:
Nachhaltigkeits-Kritik am Einsatz von Nickel, Mangan und Kobalt
Der Einsatz von Nickel, Mangan und Kobalt muss jedoch auch kritisch hinterfragt werden. So wird u.a. Kobalt immer knapper und teurer. Die Preise haben sich in 2016 mehr als verdoppelt, da insbesondere die Nachfrage nach Akkus für Elektroautos rasant ansteigt.
Neben dem Mengenproblem stellen sich bei Kobalt aber auch ethische Fragen. Denn Kobalt und Nickel sind beides giftige Schwermetalle. Kobalt wird zudem in Ländern abgebaut, in denen an Bodenschätzen häufig Raubbau betrieben wird und sich hieraus auch kriegerische Konflikte entwickeln. Während das in Europa verwendete Kobalt hingegen aus Kanada oder Australien kommt, so befindet sich ein Großteil der Produktion auch im Kongo.
Eine nachhaltigere Alternative stellen Lithium-Eisenphosphat-Stromspeicher dar, da Lithium-Eisenphosphat ein Batteriematerial ist, das in seiner chemischen Zusammensetzung auch als natürliches Mineral vorkommt.
Das Thema der Lithiumförderung möchte ich nicht diskutieren, aber es dient natürlich als "Gratmesser" für die Aussage in der Publikation. Nur an Lithium führt auf längere Sicht leider kein Weg vorbei!
Ich hoffe, ich kann damit etwas Licht in den Lithium-Dschungel bringen..
Falls etwas unklar oder schwer verständlich ist, bzw. weitere Fragen bestehen? - Fragt bitte einfach!
Gruss Wildkatze