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Enpower Greentech erzielt Durchbruch bei Rundzellen
Enpower Greentech Inc. – ein weltweit tätiger Entwickler von Feststoffbatterien mit Sitz in den USA und Standorten in Japan und China – hat eine Rundzelle mit 4095 mAh entwickelt, die mit 389 Wh/kg und 888 Wh/l branchenführende Energiedichten erreicht. Damit ist ein neuer Energiedichte-Rekord in der Klasse der wiederaufladbaren 18650-Rundzellen aufgestellt. Enpowers Zelle ist mindestens 20 Prozent leichter und speichert mindestens 15 Prozent mehr Energie als die derzeit am Markt verfügbaren Produkte. Sie ebnet damit den Weg für leichtere und energieeffizientere Geräte – von Drohnen über Fluggeräte bis hin zu Elektroautos.
Die 18650-Rundzelle – die Bezeichnung steht für eine Bauform mit 18 mm Durchmesser und 65 mm Höhe – ist ein Industriestandard für Lithium-Ionen-Zellen. SONY hat sie 1991 erfunden und zur Serienreife gebracht; sie fand weite Verbreitung in tragbarer Elektronik. 2008 kam Teslas erster reiner Elektrosportwagen, der „Roadster“, mit 18650-Rundzellen von Panasonic auf den Markt – der erste Einsatz dieser Bauform in der Elektromobilität. Im September 2020 stellte Tesla auf seinem „Battery Day“ die große 4680-Rundzelle vor und löste damit eine neue Entwicklungswelle rund um Rundzellen in der Automobilindustrie aus.
So revolutionär SONYs 18650-Lithium-Ionen-Zelle war – ihre Kapazität lag bei lediglich 900 mAh (siehe Abbildung 1A). In den folgenden 30 Jahren stieg die Kapazität Jahr für Jahr allmählich an; 2015 brachte Panasonic die 18650-Zelle mit 3450 mAh auf den Markt. Seither stagnierte die Entwicklung, während koreanische und chinesische Hersteller aufholten und 18650-Rundzellen mit 3500 mAh vorstellten. 2021 kündigte das US-Start-up NanoGraf eine eigene 18650-Zelle mit einer Kapazität von 3800 mAh (3,8 Ah) auf Basis einer siliziumhaltigen Anode an; im Oktober des Jahres folgte eine Steigerung auf 4000 mAh (4,0 Ah). Die Entwicklung von Batterien der nächsten Generation – einschließlich Lithium-Metall- und Feststoffbatterien – konzentrierte sich derweil überwiegend auf das Pouch-Format. Rundzellen wurden in den vergangenen Jahren dagegen kaum vorangetrieben.
In den vergangenen drei Jahren hat Enpower Greentech Lithium-Metall-Pouchzellen mit Rekord-Energiedichten entwickelt. Die neue 18650-Rundzelle überträgt die firmeneigenen Technologien für die Lithium-Metall-Anode auf die zylindrische Bauform. Dadurch steigt die Nennspannung der 18650-Zelle um 100 bis 200 mV, die Kapazität erhöht sich auf 4095 mAh (siehe Abbildung 2), und das Gewicht sinkt gegenüber den kapazitätsstarken 18650-Produkten mit siliziumbasierter Anode um fast 20 Prozent. Entsprechend deutlich verbessert sich die gravimetrische Energiedichte von Enpowers 18650-Zelle (Abbildung 1B). Wie Tabelle 1 zeigt (EGI LMB18650-4.1Ah), sind darüber hinaus auch bei Zellkapazität, Nennspannung und volumetrischer Energiedichte neue Bestwerte für 18650-Zellen erreicht.
Tabelle 1: Leistungsdaten von 18650-Zellen
| Kapazität | Nenn- (V) | Gewicht (g) | Gravimetrische | Volumetrische Energie- |
|---|---|---|---|---|---|
Panasonic2) (NCR18650GA) | 3450 | 3.6 | 48 | 259 | 708 |
Samsung SDI2) (INR18650-35E) | 3450 | 3.6 | 50 | 248 | 708 |
LG Chem2) (INR18650MJI) | 3500 | 3.6 | 48 | 263 | 719 |
NanoGraf3) (18650-2021) | 3800 | N/A | N/A | N/A | 800 |
NanoGraf 3) (18650-2022) | 4000 | N/A | N/A | N/A | 810 |
Enpower Greentech (LMB18650-4.1Ah) | 4095 | 3.8 | 40 | 389 | 888 |
Batterien der nächsten Generation mit siliziumreichen oder Lithium-Metall-Anoden neigen beim Laden und Entladen überwiegend dazu, sich auszudehnen. Um volle Leistung zu erreichen, müssen sie deshalb von außen unter Druck gesetzt werden. Enpowers 18650-Zelle zeigt den Vorteil der zylindrischen Bauform: Sie liefert eine stabile Zyklenleistung, ohne dass äußerer Druck aufgebracht werden muss.
Die von Enpower Greentech entwickelte zylindrische 18650-Lithium-Metall-Batterie (LMB) befindet sich derzeit in der Pilotphase. Das Unternehmen sucht Partner für unterschiedliche Batterieanwendungen – darunter Elektrofahrzeughersteller –, um die Kommerzialisierung gemeinsam zu erreichen. Die Durchbruchstechnologie soll auf die Rundzellformate 2170 und 4680 übertragen werden, um auch dort sehr hohe Energiedichten zu erzielen. Für die 4680-Rundzelle erwartet das Unternehmen eine Kapazität von 32 Ah und eine Energiedichte von 400 Wh/kg. (Teslas aktuelle 4680-Zelle liegt bei rund 27,5 Ah und etwa 300 Wh/kg.)4).
Anhang：
Quellen:
1) Das für die Wh/l-Berechnung angesetzte Volumen der 18650-Zellen beträgt 0,01753 l (D: 18,5 x H: 65,25 mm).
3) https://electrek.co/2022/10/20/nanograf-battery/
4) https://insideevs.com/news/598656/tesla-4680-battery-cell-specs/amp/
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