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18.12.2014 | Elektrotechnik | Im Fokus | Onlineartikel

Auch aus der Form schöpft die Batteriezelle ihre Kraft

Autor:
Andreas Burkert

Die Wahl der Form künftiger Batteriezellen darf keine Glaubensfrage sein. Sie entscheidet nämlich auch über den schnellen Erfolg der Elektromobilität. Dennoch spaltet die Bauform die Experten. Dabei sind die Kriterien bereits identifiziert.

Die richtige Antwort auf die Frage nach der perfekten Form der Batteriezelle wird über den Erfolg der Elektromobilität entscheiden. Darüber sind sich Batterieexperten einig und führen aus diesem Grund kontrovers die Diskussion, welche Zellgehäusetechnik sich für die Anwendung im HEV-, PHEV- und EV-Bereich letztlich durchsetzen wird. In seinem Beitrag „Lithium-Ionen-Akkumulatoren: Diskussion der verschiedenen Zellformate“ für die ATZelektronik geht Springer-Autor Peter Birke genau dieser Frage nach und analysiert, ob künftig Rundzellen oder Recheckformate wie Pouch-Zellen und prismatische Zellen die Elektromobilität antreiben.

„Traditionell werden in der Batterieherstellung als Hülle starre Metallgehäuse aus Stahl oder Aluminium verwendet — mit einem runden Querschnitt bei einer zylindrischen (einer Rund-)Zelle und einem eckigen Querschnitt bei einer prismatischen Zelle“, schreibt Birke. Er verweist aber auch auf die Möglichkeit, „die elektrochemisch aktiven Schichten in eine flexible kunststoffbeschichtete Aluminiumfolie zu verpacken“. Diese Bauform wird im Übrigen „Pouch Cell“, „Coffee Bag“ oder „Soft Pack“ genannt. Wie schwer die Wahl nach der perfekten Lösung ist, zeigt der Autor im Detail in seinem Beitrag anhand unterschiedlicher Bauformen und Anwendungen. Und er kommt zu dem Schluss, „dass es eine Lösung für alle Anwendungen nicht geben wird“.

Welche Zellgehäusetechnik wird sich durchsetzen?

Birkes Ansicht nach wird sich „letztlich das Konzept durchsetzen, das eine einfache Produktion der Zelle mit den Möglichkeiten eines effektiven thermischen Managements der Zellen verbindet und dabei über die gesamte Lebensdauer zuverlässig bleibt.“. Denn weniger die Produktion als standardisierte Zellformate haben einen wesentlichen Einfluss auf die Kosten und die Qualität von Lithium-Ionen-Batteriesystemen. Vor diesem Hintergrund glaubt er, dass es zu einer Marktkonsolidierung kommen wird – ähnlich wie vormals bei Blei-Säure-, Nickel-Cadmium- und Nickel-Metall-Hydrid-Techniken.

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Das ist auch gut so. Immerhin ist das Standardisieren der Zellformate insbesondere vor dem Hintergrund wichtig, weil sie einen deutlichen Entwicklungsschub für die Elektro- und Hybridfahrzeuge bedeuten kann. Insbesondere die Standardisierung von Einbauräumen und weiterer Komponenten (elektromechanische Bauteile) ist eine wesentliche Aufgabe. Dies geht zudem einher mit „einem noch zu hebenden Entwicklungspotenzial auf Systemebene, nämlich der Verbesserung des Verhältnisses zwischen Energiedichte (Wh/kg) auf Zellebene und Systemebene“, so Birke und weist darauf hin, dass besonders bei der Pouch-Zelle „die Herausforderung darin liegen wird, die hohe Energiedichte (Wh/kg) auf Zellebene als Vorteil auf Systemebene zu überführen und nicht durch zusätzliche Teile wieder zu verlieren.“. Er glaubt, dass die Zukunft wesentlich durch System- und Modulbauräume geprägt sein wird. Und er ist der Überzeugung, dass am Ende „die Option der direkten Elektrodenverpressung auf Zellebene sowie auch die thermischen Vorteile und die einfache Herstellung bezüglich des Gehäuses für einen Vorsprung bei der Pouch-Zelle sorgen werden.“.

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