NMC-Akkumulator

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Ein NMC-Akkumulator, umgangssprachlich meist NMC-Batterie genannt, ist ein Typ eines Lithium-Ionen-Akkumulators. Wie alle Akkumulatoren dient er dazu, elektrische Energie zu speichern und wieder abzugeben. An der Pluspolseite werden dabei Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxide verwendet, die Lithiumionen abgeben und wieder aufnehmen können. Diese Oxide werden abgekürzt als Li-NMC, LNMC, NMC oder NCM bezeichnet, wodurch auch der Akkumulatortyp seinen Namen erhalten hat. Er gehört zu den Lithiumionenakkumulatoren und hat daher auch den gleichen Aufbau und dasselbe Funktionsprinzip wie alle Lithiumionenakkumulatoren. Der Unterschied liegt hauptsächlich in der chemischen Zusammensetzung auf der Pluspolseite. Die chemische Reaktion auf der NMC-Seite ist hier angegeben, die auf der Minuspolseite hier.

Eigenschaften von NMC-Zellen und -Akkus[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Als Nennspannung einer einzelnen NMC-Akkuzelle wird zumeist 3,6 V oder 3,7 V genannt.[1] Die Ladeschlussspannung hängt von der Elektrolytzusammensetzung ab und liegt oft bei 4,2 V. NMC-Zellen werden oft in Form eines Akkupacks verkauft, der in Serie geschaltete Zellen enthält, d. h. als Batterie im engeren Sinne. Die Spannung einer Batterie hängt von der Zahl der hintereinandergeschalteten Zellen ab.

Verwendung von NMC-Akkumulatoren[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Audi e-tron Sportback

NMC-Akkus finden sich in den meisten Pedelecbatterien[2] und auch in den meisten Elektroautos. NMC-Akkus wurden 2011/2011 im BMW ActiveE eingebaut, und ab 2013 im BMW i8.[3] Zu den Elektroautos mit NMC-Batterie zählen mit Stand 2020: Audi e-tron GE, BAIC EU5 R550, BMW i3, BYD Yuan EV535, Chevrolet Bolt, Hyundai Kona Electric, Jaguar I-Pace, Jiangling Motors JMC E200L, NIO ES6, Nissan Leaf S Plus, Renault ZOE, Roewe Ei5, VW e-Golf und VW ID.3.[4] Es gibt nur wenige Elektroauto-Hersteller, die in ihren Traktionsbatterien kein NMC verwenden. Die wichtigste Ausnahme ist Tesla, da Tesla für seine Fahrzeuge NCA-Akkus nutzt. Der Heimspeicher Tesla Powerwall soll aber auf NMC basieren.[5]

Jaguar I-Pace

Auch für Mobilelektronik wie Handys/Smartphones und Laptops wird NMC eingesetzt.[6] Für diese Anwendungen waren noch 2008 praktisch ausschließlich Akkus mit LCO, d. h. Lithiumcobaltoxid, verwendet worden.[7] Eine weitere Anwendung von NMC-Akkus sind Batteriespeicherkraftwerke. Beispielsweise wurden 2016 in Korea zwei solcher Speichersysteme mit NMC zur Frequenzregulierung installiert: eines mit 16 MW Leistung und 6 MWh Energie und eines mit 24 MW und 9 MWh.[8] 2017/2018 wurde eine Batterie mit über 30 MW Leistung und 11 MWh in Newman im australischen Bundesstaat Western Australia errichtet und in Betrieb genommen.[9][10]

Vorteile[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Da Cobalt und Cobaltoxide relativ teuer sind, ist NMC im Vergleich zum LiCoO2 kostengünstiger, was auch die Akkumulatoren günstiger macht.
  • Durch die Vielzahl möglicher Zusammensetzungen lassen sich für verschiedene Anwendungen optimierte Zusammensetzungen finden, z. B. entweder für hohe Leistungen oder hohe Kapazität.

Varianten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Wie alle Lithiumionenakkumulatoren kann auch die NMC-Batterie als Lithium-Polymer-Akkumulator ausgeführt sein, und auch alle Bauformvarianten wie Pouch-Zelle oder Rundzelle einschließlich der Knopfzelle sind möglich. Bezüglich der Varianten, die sich durch die unterschiedlichen Oxidzusammensetzungen, d. h., durch verschiedene Mischungsverhältnisse von Lithium, Nickel, Mangan und Cobalt ergeben, siehe auch hier.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Peter Miller: Automotive Lithium-Ion Batteries. In: Johnson Matthey Technology Review. Band 59, Nr. 1, 2015, S. 4–13, doi:10.1595/205651315X685445 (online).
  2. Batterie – Beschreibung von Batterietypen. Lithium-Ionen-Batterien. (Nicht mehr online verfügbar.) In: Go Pedelec! energieautark consulting gmbh, 27. Oktober 2010, ehemals im Original; abgerufen am 17. Oktober 2015: „Die meistverbreitteste Li-ionzelle auf dem Markt ist die Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid-Zelle (Li-NMC) mit einer Nominalspannung von 3.6 V je Zelle.“
  3. Apurba Sakti, Jeremy J. Michalek, Erica R.H. Fuchs, Jay F. Whitacre: A techno-economic analysis and optimization of Li-ion batteries for light-duty passenger vehicle electrification. In: Journal of Power Sources. Band 273, 1. Januar 2015, S. 966–980, doi:10.1016/j.jpowsour.2014.09.078 (pdf online auf den Seiten des Design Decisions Laboratory der Mechanical Engineering Faculty der Carnegie Mellon University [abgerufen am 23. Februar 2020]).
  4. Wangda Li, Evan M. Erickson, Arumugam Manthiram: High-nickel layered oxide cathodes for lithium-based automotive batteries. In: Nature Energy. Band 5, Nr. 1. Springer Nature, Januar 2020, ISSN 2058-7546, S. 26–34, doi:10.1038/s41560-019-0513-0 (nature.com).
  5. Zachary Shahan: 38,000 Tesla Powerwall Reservations In Under A Week (Tesla / Elon Musk Transcript). In: CleanTechnica. 7. Mai 2015, abgerufen am 23. Februar 2020 (amerikanisches Englisch).
  6. Jürgen Garche, Klaus Brandt: Electrochemical Power Sources: Fundamentals, Systems, and Applications: Li-battery safety. 1. Auflage. Elsevier, Amsterdam, Netherlands 2018, ISBN 978-0-444-64008-6, S. 128 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 23. Februar 2020]).
  7. Sébastien Patoux, Lucas Sannier, Hélène Lignier, Yvan Reynier, Carole Bourbon, Séverine Jouanneau, Frédéric Le Cras, Sébastien Martinet: High voltage nickel manganese spinel oxides for Li-ion batteries. In: Electrochimica Acta. Band 53, Nr. 12, Mai 2008, S. 4137–4145, doi:10.1016/j.electacta.2007.12.054.
  8. Kokam: Kokam's 56 Megawatt Energy Storage Project Features World's Largest Lithium NMC Energy Storage System for Frequency Regulation. In: PR Newswire. PR Newswire Association LLC, 7. März 2016, abgerufen am 23. Februar 2020 (englisch).
  9. Giles Parkinson: Alinta sees sub 5-year payback for unsubsidised big battery at Newman. In: RenewEconomy. 12. August 2019, abgerufen am 23. Februar 2020 (australisches Englisch).
  10. Energy Storage Solution Provider. (PDF) Abgerufen am 23. Februar 2020 (englisch).