Lithium-Ionen Batterien ( LiFePO4 )

LiFePO4-Akkumulatoren

Vor- und Nachteile

LiFePO4-Akkumulatoren besitzen in Bezug auf Zyklenfestigkeit, Baugröße, Kapazität und Gewicht deutliche Vorteile gegenüber verbreiteten Bleiakkumulatoren, der Nachteil ist der höhere Preis von LiFePO4-Akkumulatoren im Vergleich zu elektrisch gleichwertigen Lösungen mit Bleiakkumulatoren. Hinzu kommen die bei LiFePO4-Akkumulatoren nötigen Balancer welche bei Bleiakkumulatoren nicht nötig sind.

Vorteile

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Hohe Sicherheit: Aufgrund des festen Elektrolyt und der Zellchemie gelten LiFePO4-Zellen als eigensicher, d. h. ein thermisches Durchgehen und eine Membranschmelzung wie bei Lithium-Ionen-Akkumulatoren gilt als ausgeschlossen.
- Leistungsdichte bis zu 3000 W/kg, höher als beim herkömmlichen Li-Ion-Akku auf LiCoO2-Basis, dadurch hohe Belastbarkeit (Dauerstromentnahme)
- Sehr hohe Impulsbelastbarkeit bis zu 40 C.
- Hohe Ladeströme möglich (0,5 C – 3 C), Pulsladeströme bis 6 C (10 s)
- Hohe Zyklenfestigkeit: I) Sony Fortelion: 74 % Restkapazität nach 8.000 Zyklen mit 100 % Entladungsgrad (DoD) II) noch 80 % ursprüngliche Kapazität (nominal capacity, NC) nach 1000 Zyklen und 60 % Kapazität nach 2000 Zyklen. Erzielt wurden ebenfalls in zylindrischen (18650) Zellen >85 % Restkapazität nach 10.000 Zyklen mit 100 % DoD. Andere Hersteller geben mehr als 5000 Zyklen bei jeweiliger Entladung auf 70 %[14] (Depth of Discharge, DoD) an und 10.000 Zyklen bei minimaler Entladung auf lediglich 90 % [15], dadurch lange Lebensdauer und günstige Betriebskosten.
hoher elektrischer Wirkungsgrad für einen Gesamtzyklus aus Ladung und Entladung von > 91 %
flaches Spannungsprofil bei Ladung und Entladung
Weiter Temperaturbereich für Lagerung (Bsp.: −45 bis +85 °C,[7] −15 bis +60 °C[6]). Praktische Erfahrungen zeigen, dass eine Nutzung bis ca. +10 °C problemlos ist, darunter führt hohe Stromentnahme über 0,5 C (Traktionsanwendung) zu stärkeren Spannungseinbrüchen, jedoch ohne merklichen Kapazitätsverlust der Batterie.
Die Selbstentladung wurde durch Dotierung verbessert und ist mit ca. 3–5 % pro Monat niedrig
verbesserte Umweltverträglichkeit durch den Verzicht auf Cobalt

Nachteile

Es gibt nur wenige genormte Bauformen. Dadurch wird die Anwendung und der Austausch erschwert.
Geringere Energiedichte um 90 Wh/kg. Dadurch höheres Gewicht und Platzbedarf als bei Lithium-Polymer-Akkumulatoren für gleiche Kapazität. (→ Energiedichte und Wirkungsgrad)
Wie bei allen Lithium-Ionen-Akkus sind für einen sicheren Betrieb Schutzschaltungen (Überladungs- und Tiefenentladeschutz) notwendig, da Lithiumzellen grundsätzlich nicht überladefest oder tiefentladefest sind. Balancerschaltungen und Batteriemanagementsysteme sichern bei Reihenschaltung mehrerer Zellen, dass es zu keiner Überladung bzw. Tiefentladung einzelner Zellen im Verbund kommt.
Aufgrund des flachen Spannungsverlaufs wird die Bestimmung des Ladezustands erschwert.

Quelle: Wikipedia