2.5 LiFePO4 vs. Li-Ionen (NMC) im Vergleich

In diesem Artikel geht es um Lithium-Ionen und Lithium Eisen-Phosphat Batterien. Nach dem Artikel und Video sind Sie in der Lage abzuschätzen, welcher Batterietyp für Ihre Anwendung am besten geeignet ist.

Bevor wir zu den einzelnen Technologien kommen, werfen wir zunächst einmal einen Blick auf die unterschiedlichen Bauformen. Es gibt zylindrische Zellen, prismatische Zellen und Pouch-Zellen. Je nach Hersteller findet man unterschiedliche Zellen mit unterschiedlichen Inhalten. Die Bauform sagt also nicht zwangsläufig etwas über den eigentlichen Stoff aus.

Von außen sehen Sie den Batterien nicht an, was innerhalb des Akkus verbaut wurde. Beim Torqeedo Travel 1103 sind es beispielsweise die zylindrischen Zellen. Oft sind das die Zellen von Markenherstellern wie Panasonic, Samsung oder Sony. 

Die Rundzellen haben von allen Typen die höchste Energiedichte. Die Außenhülle besteht in der Regel aus sehr dünnem vernickelten Stahl. Vorteil von den Rundzellen sind eine hohe Steifigkeit und Robustheit.

Aufgrund der runden Form lassen sich die Zellen allerdings nicht effizient innerhalb des Gehäuses anordnen und nehmen relativ viel Platz weg. Ein weiterer Nachteil sind höhere Produktionskosten, insbesondere aufgrund des Materials der Außenschicht.

Im inneren der meisten LiFePO4 befinden sich vier prismatische Zellen. Der Vorteil von nur 4 einzelnen Zellen ist eine einfachere Verschaltung im inneren der Box. Das spart Zeit und Geld bei der Herstellung.

Aufgrund der viereckigen Form kann der Platz viel effizienter genutzt werden als bei einer runden Zelle. Die Hülle der Zellen besteht meist aus etwas günstigerem Aluminium. Im Vergleich zur Rundzelle nimmt die prismatische Zelle allerdings mehr Platz weg und die Außenhülle wiegt somit auch mehr. 

Beim ePropulsion Spirit 1.0 PLUS kommen sogenannte Pouch Zellen zum Einsatz. Der Unterschied zu den anderen Formen ist die höchste Energiedichte und die beste Platzausnutzung. Wenn man sich die Batterie einmal aufgeschnitten ansieht, fällt auf, dass die eigentlichen Zellen nur einen kleinen Teil des Akkus ausmachen.

Die Hülle der Pouch Zellen besteht aus weicher Aluminium-Verbundfolie. Diese ist im Vergleich zu allen anderen Formen am leichtesten und kompaktesten. Der Vorteil der Pouch-Zellen sind eine hohe Energiedichte und niedrige Kosten für die Verpackung.

Die Pouch Zellen sind im Vergleich zu den anderen Zelltypen allerdings nicht so robust und stabil, sollten also gut geschützt sein. Ein weiterer Vorteil ist die gute Kühlung, Wärme kann bei den Pouch viel leichter entweichen als bei den prismatischen Zellen.

Weiter im Text geht es mit den Lithium Batterien und den verschiedenen Technologien. Wenn wir von Lithium Akkus sprechen, meinen wir in der Regel Lithium-Eisenphosphat Batterien, bzw. die chemische Bezeichnung LiFePO4. 

In dem Gehäuse der Batterie befinden sich dann meist diese blauen prismatischen Zellen. In China gibt es ein paar große Hersteller, beispielsweise CATL, Calb oder EVE. Zu den Vor- und Nachteilen kommen wir gleich noch.

Darüber hinaus gibt es noch Lithium-Ionen Batterien. Hinter diesem Begriff steht eine ganze Reihe verschiedener Zellchemien. Am häufigsten verbirgt sich dahinter Lithium-Nickel-Cobald-Mangan-Oxid. Oft sehen Sie die Kurzform NMC, Li-NMC oder NCM. Es gibt aber auch andere Mischungen wie Lithium-Nickel-Cobald-Aluminium-Oxid oder weitere Abwandlungen. Alle haben unterschiedliche Vor-und Nachteile.

Die Lithium Ionen Akkus sind meist in den Zylindrischen Zellen oder den Pouch-Zellen integriert. Beispielsweise auch in dem Akku vom ePropulsion Spirit 1.0 PLUS oder dem Torqeedo Travel 1103. Sie kennen diese Lithium-Ionen-Batterien natürlich auch aus E-Autos oder von E-Bikes. Auch in jedem Laptop oder Smartphone sind diese Batterien integriert.

LiFePO4 wiegt etwas mehr. Hier haben wir in der Regel knapp 10 kg pro kWh. Li-NMC hingegen bringen teilweise nur zwischen 6 oder 7 kg pro kWh auf die Waage. 3 kg mehr pro kWh hört sich wenig an, sind aber immerhin 50% mehr Gewicht.

Deswegen werden die leichteren Lithium-Ionen Akkus auch in E-Autos oder E-Rollern eingesetzt. Hier hat jedes Kilogramm großen Einfluss auf die Beschleunigung, den Verbrauch und die Reichweite. Unterm Strich also ein klarer Vorteil für die Lithium Ionen Batterien.

Wie steht es um die Sicherheit der Lithium Batterien? Die LiFePO4 Akkus haben gegenüber den Lithium Ionen Batterien einen ganz entscheidenden Vorteil: Lithium-Eisenphosphat ist nicht brennbar oder explosiv. In den Nachrichten kursiert ab und zu mal ein brennender Tesla mit Lithium-Ionen Akku, der dann mit speziellem Feuerlöscher gelöscht werden muss.

Auch wenn Batterien im Verhältnis deutlich weniger Schäden verursachen als Verbrenner, sollte man das zumindest wissen. Bei LiFePO4 hingegen kann wirklich nichts passieren. Das ist insbesondere auf dem Wasser gut, wo die Akkus nur schlecht abgelöscht werden können oder die Feuerwehr nur schwer eingreifen kann. Es kann mit Lithium-Eisenphosphat also auch nicht zu weiteren Umweltschäden führen.

Eine große Rolle bei der Abwägung ob Lithium-Eisenphosphat oder Lithium-Ionen spielen die Entladezyklen und somit die Lebensdauer. Hier gibt es teils sehr große Unterschiede. LiFePO4 hat in der Regel 3.000 Ladezyklen bei 80% Entladung, die neusten LiFePO4 Akkus haben sogar noch mehr, also 4.000 oder 5.000 Ladezyklen. Lithium-Ionen Akkus haben hingegen nur um die 800 bis 1.000 Zyklen.

Sie sollten sich im Vorhinein also ganz genau überlegen, wie oft die Batterie zum Einsatz kommen soll. Das hat maßgeblichen Einfluss auf die Auswahl der Batterietechnologie. Wenn die Batterie auf dem Boot vielleicht 50 Mal im Jahr entladen und wieder aufgeladen wird, reichen selbst die 1.000 Ladezyklen einer Lithium-Ionen Batterie problemlos für die nächsten 20 Jahre.

Wenn das Boot bei einer Bootsvermietung an 200 Tagen pro fährt, sind das pro Jahr 400 verbrauchte Ladezyklen. Wir würden daher auf jeden Fall eine Lithium-Eisenphosphat Batterie empfehlen.

Werfen wir jetzt mal einen Blick auf die aktuellen Preise. Der Lithium Akku von Ultiatron mit 7,68 kWh kostet ab 1.999€. Das sind nur 260€ pro kWh. Bei renommierten Marken sind es teilweise deutlich mehr: eher 400 bis 600€ pro kWh. Der Preis hängt vom Funktionsumfang und der Lieferkette ab. Wenn ein Bluetooth-BMS verbaut ist, die Batterie in Reihe geschalten werden kann oder die Batterie mehr Entladeleistung abkann, kostet die Batterie logischer Weise auch mehr.

Auf der anderen Seite haben wir den Lithium-Ionen-Akku vom Hersteller Lithimo, die 6 kWh kosten 3.399€. Das sind immerhin recht günstige 580€ pro kWh. Der Standard ist jedoch wie beim Spirit 1.0 Plus eher ein Preis von 800 - 1000€ pro kWh.

Lithium-Ionen-Batterien kommen zum Einsatz, wenn die Batterie möglichst leicht sein soll. Entweder wenn ich ein leichtes Gleitboot habe und möglichst früh ins Gleiten kommen möchte. Oder wenn ich die Batterie regelmäßig umhertrage, wie bei einem Schlauchboot oder Ruderboot. Beispielsweise bei einem 1 kW Motor mit integrierter Batterie wie dem Torqeedo Travel 1103 oder dem ePropulsion Spirit 1.0 PLUS.

Bei allen anderen Verdränger-Booten ist es nicht dramatisch ob ich bei einer 10 kWh nun 30 kg mehr Gewicht im Boot habe oder nicht. Bei Segelbooten, Hausbooten und Motorbooten in Verdrängerfahrt macht das Gewicht keinen Unterschied. Jedoch macht es einen enormen Unterschied ob ich für die 10 kWh dann 3.000 bis 5.000€ mehr Geld ausgebe. Deswegen empfehlen wir bei größeren Systemen hauptsächlich die LiFePO4 Batterie.

Zusammenfassend kann man sagen: Allein aufgrund der Ladezyklen und der höheren Sicherheit sind LiFePO4 Batterien fast immer zu empfehlen, außerdem lässt sich somit teils ordentlich Geld sparen.

Der aus meiner Sicht wichtigste Vorteil von Lithium-Eisenphosphat ist der günstigere Preis. LiFePO4 Akkus sind schon ab 260€ pro kWh bei uns erhältlich. Wir empfehlen beispielsweise die Batterien von Ultimatron, die wirklich sehr erschwinglich sind und teilweise speziell für uns gebaut werden.

Lithium-Ionen Akkus hingegen beginnen bei 580€ und kosten in der Regel sogar eher 800 - 1.000€ pro kWh. Für Gleitboote eignen meist Lithium-Ionen Batterien besser, einfach aufgrund des geringeren Gewichts, was sich positiv auf den Verbrauch und die Geschwindigkeit auswirkt.