Nachdem die AGM-Batterien der INFINITY nun fast 12 Jahre alt sind, war bereits im letzten Sommer klar, dass sie demnächst Ihrem Ende entgegen gehen. (Ich schreibe hier Batterien, obwohl eigentlich Sekundärzellen, sprich Akkus gemeint sind)
Lithium Batterien bieten viele Vorteile und werden im großen Stil in allen möglichen Geräten eingesetzt. Jedoch hatten wir bei unseren Expeditionen ein paar schwerwiegende Vorfälle mit brennenden Lithium Batterien, die sich ohne irgend einen äußerlich erkennbaren Grund entzündet haben. Das ist sehr gefährlich auf einem Schiff und war der Hauptgrund für meine ablehnende Haltung zu Lithium.
Da INFINITY bald neue Batterien braucht, habe ich das zum Anlass genommen, mich intensiv mit der Thematik „Lithium Batterien auf Booten“ zu beschäftigen.
Lithium Batterien ist nicht gleich Lithium Batterien
Es gibt unterschiedliche Materialkombinationen beim Aufbau von Lithium-Ionen Batterien. Jede diese Materialkombinationen hat Vor- und Nachteile. Bei der Auswahl sollte man die Anforderungen, die man an die Lithium Batterie klar definieren. Für den Einsatz auf INFINITY war für mich der wichtigste Punkt die Sicherheit. Lithium Batterien die Cobalt enthalten können bei Problemen anfangen zu brennen. Diesen thermal runaway möchte ich auf keinen Fall erleben. Aus diesem Grund bleiben für mich nur LMO (Lithium-Mangan-Oxid) und LFP (Lithium-Eisen-Phosphat LiFePO4) Batterien zur Auswahl übrig.
LFP-Batterien haben eine wesentlich höhere Zyklenzahl als LMO Batterien. Außerdem gilt LFP als die sicherste Lithium Ionen Technologie. LFP-Batterien enthalten außerdem keine gefährlichen Stoffe wie Quecksilber, Cadmium oder andere Schwermetalle. Die in der Zellchemie verwendeten Materialien können zu 100% recycled werden. Der Nachteil von LFP-Batterien liegt in ihrer schlechten Leistungsdichte im Vergleich zu anderen Lithium Ionen Technologien.
An dieser Stelle möchte ich auf das Kompendium Li‐Ionen‐Batterien vom VDE hinweisen, aus welchem ich die nachfolgende Tabelle und viele wertvolle Informationen habe.
| LCO | LMO | NMC | NCA | LFP | |
|---|---|---|---|---|---|
| Umwelt | – – | ++ | – | – | ++ |
| Sicherheit | – | + | o | – – | ++ |
| Nennspannung/ V | 3,7 | 3,7 | 3,6 / 3,7 | 3,6 | 3,2 / 3,3 |
| Volumetrische Energiedichte Wh/l | 320–500 | 290–340 | 490–580 | 480–670 | 160–260 |
| Gravimetrische Energiedichte Wh/kg | 110–180 | 100–120 | 180–210 | 180–250 | 80–120 |
| Entladestrom C | 1–2 | 3–20 | 1–10 | 1–10 | 10–50 |
| Lebensdauer (Zyklen) | 300–1000 | 1000–1500 | 500–1000 | 500–1000 | 2000–5000 |
| Relative Kosten €/kWh /Zyklus | 0,17–0,60 | 0,15–0,23 | 0,20–0,40 | 0,20–0,40 | 0,09–0,25 |
++ = sehr gut; + = gut; o = befriedigend; – = ausreichend; – – = mangelhaft
Lithium-Cobalt-Oxid (LCO),
Lithium-Mangan-Oxid (LMO),
Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid (NMC),
Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium-Oxid (NCA),
Lithium-Eisen-Phosphat (LFP)
Quelle: Kompendium Li‐Ionen‐Batterien vom VDE
Nach Abwägung der Vor- und Nachteile habe ich mich zum Einsatz von LFP-Batterien (Lithium-Eisen-Phosphat LiFePO4) auf der INFINITY entschieden. Hier meine persönliche Bewertung die zu dieser Entscheidung geführt hat.
- LFP-Batterien sind die sicherste Lithium Technologie
- Das höhere Gewicht, bzw. die geringere Leistungsdichte sind auf der INFINITY locker verkraftbar. (Die seitherige AMG-Batteriebank wiegt 300kg und hat das sechsfache Volumen der ungefähr gleichwertigen LFP-Lithium-Batterie mit 50kg)
- LFP-Batterien haben mit Abstand die höchste Zyklenzahl
- LFP-Batterien sind die umweltfreundlichste Lithium Technologie
Im Teil 2 dieser kleinen Serie geht es um die konkrete Planung und Auslegung eines Lithium Systems für die INFINITY.
Im Teil 3 geht es um die technischen Details und die praktische Umsetzung des durchgeführten Umbaus der Segelyacht INFINITY auf Lithium Batterien.
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