Was sind die Nachteile von Lithiumbatterien?

Lithiumbatterien bieten erhebliche Vorteile in Bezug auf Energiedichte und Langlebigkeit, haben jedoch auch entscheidende Nachteile. Zu den wichtigsten Einschränkungen gehören das Risiko eines thermischen Durchgehens aufgrund von Elektrolytinstabilität, höhere Produktionskosten aufgrund der Abhängigkeit von seltenen Metallen und Leistungseinbußen bei Temperaturen unter Null. Sicherheitsmechanismen wie BMS sind zwingend erforderlich, um ein Überladen zu verhindern, während Herstellungskomplexität und gefälschte Produkte die Zuverlässigkeit zusätzlich erschweren.

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Welche Sicherheitsrisiken stellen Lithiumbatterien dar?

Bei Lithiumbatterien besteht bei Beschädigung die Gefahr eines thermischen Durchgehens oder überladen. Brennbare flüssige Elektrolyte können sich entzünden, während interne Kurzschlüsse durch Dendritenwachstum Explosionen auslösen können. Zellen mit hoher Energiedichte verstärken diese Gefahren und erfordern robuste Batteriemanagementsysteme (BMS).

Thermische Instabilität entsteht durch reaktive Lithiumverbindungen und organische Elektrolyte. Beispielsweise kann eine durchstochene 18650-Zelle innerhalb von Sekunden 900 °C erreichen und so Wärme an benachbarte Zellen weitergeben. Profi-Tipp: Verwenden Sie immer ein BMS mit Spannungs-/Temperaturüberwachung – insbesondere bei Multizellen-Packs. Bedenken Sie, wie die Batteriegehäuse von Tesla Firewalls zwischen Modulen nutzen, um thermische Ereignisse einzudämmen. Allerdings können selbst fortschrittliche Designs Risiken unter extremen Bedingungen wie Aufprallen bei Unfällen nicht vollständig ausschließen.

Warum sind Lithiumbatterien unerschwinglich?

Die Produktionskosten steigen aufgrund der Kobaltabhängigkeit und extrem trockenen Fertigungsumgebungen. Kathodenmaterialien wie NMC811 erfordern 20 % Kobalt, eine geopolitisch sensible Ressource mit einem Preis von 35 $/kg. Reinigungsprozesse für Elektrolyte und Separatoren erhöhen die Zellkosten um 15–20 %.

Rohstoffkosten machen 60 % der Kosten für Lithium-Ionen-Batterien aus. Der Abbau von Lithium verbraucht 500.000 Liter Wasser pro geförderter Tonne, was eine nachhaltige Skalierung erschwert. Autohersteller wie GM entwickeln kobaltfreie LMFP-Chemikalien, aber die Energiedichte sinkt um 12–15 %. Ein 75-kWh-Batteriepaket für Elektrofahrzeuge kostet 12.000 US-Dollar – das Dreifache des Blei-Säure-Äquivalents. Profi-Tipp: Second-Life-Anwendungen (z. B. Netzspeicher) können die anfänglichen Kosten ausgleichen, indem sie die Nutzbarkeit über die Fahrzeuglebensdauer hinaus verlängern.

Wie wirkt sich die Temperatur auf die Leistung aus?

Unter 0 °C sinkt die Lithium-Ionen-Leitfähigkeit um 50 %, was den Innenwiderstand erhöht. Beim Laden bei -10 °C besteht die Gefahr einer metallischen Lithiumbeschichtung, wodurch die Kapazität dauerhaft verringert wird. Bei 45 °C+ beschleunigt die Elektrolytzersetzung die Zyklusalterung um 300 %.

Arktis-Elektrofahrzeuge erfordern eine Überdimensionierung von 20 %, um den Reichweitenverlust im Winter auszugleichen. Phasenwechselmaterialien in BMW i3-Batterien halten optimale Temperaturbereiche von 15–35 °C aufrecht, erhöhen jedoch das Gewicht um 8 kg. Profi-Tipp: Konditionieren Sie Batterien mit Netzstrom, bevor Sie im Winter fahren – so bleibt 18–22 % mehr Reichweite erhalten als beim Kaltstartladen.

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