Kobalt (Co) ist vor allem für die Batterien von E-Fahrzeugen ein begehrtes Metall, doch es geht auch ohne Kobalt.

Kobalt (Co) ist vor allem für die Batterien von E-Fahrzeugen ein begehrtes Metall, doch es geht auch ohne Kobalt. (Bild: AdobeStock_78586930)

Die wachsende Popularität von Elektrofahrzeugen bei Konsumenten sowie den Aktiven in diesem Ökosystem lässt ethische und nachhaltige Abläufe in der gesamten Wertschöpfungskette vermehrt in den Fokus rücken. Die Akteure intensivieren ihre Bemühungen zur Verbesserung der Nachhaltigkeit, indem sie über den gesamten Batterie-Lebenszyklus hinweg zunehmend ethische Standards anwenden – von der Förderung der Rohstoffe bis zur Second-Life-Nutzung der Batterien.

Derzeit kommt in den meisten Lithium-Ionen-Batterien das chemische Element Kobalt als Basis für das Kathodenmaterial zum Einsatz, also für jenen Teil der Lithium-Ionen-Zelle, der über die Speicherkapazität entscheidet. Zellen mit Kobalt-Kathode ergeben größere Reichweiten und vereinfachen die Ladungsmessung sowie das Management gegenüber anderen chemischen Lösungen. Mit seinen physikalisch-chemischen Eigenschaften ist Kobalt daher ein begehrter Rohstoff, aber der Abbau von Kobalt ist bereits seit langem ein höchst umstrittenes Thema.

Kobalt: Ein ethisches Problem für Elektroauto-Batterien

Ungefähr 70 Prozent des weltweit abgebauten Kobalts werden in der für Armut, Korruption und Menschenrechts-Probleme bekannten Demokratischen Republik Kongo abgebaut. Besonders in diesem afrikanischen Land wird der Kobaltabbau mit Kinderarbeit, unsicheren Abbaubedingungen, Misshandlung der Bergleute und anderen Rechtsverstößen in Verbindung gebracht. Da das Elektrifizierungs-Ökosystem nach sozialer und ökologischer Nachhaltigkeit strebt, wuchs das Interesse sowohl an Batterielösungen mit reduziertem Kobaltanteil (NMC und NCA) als auch an kobaltfreien Batterie-Konzepten wie Lithium-Eisenphosphat (LFP). Viele Hersteller begrüßen diese Tendenzen, und tatsächlich plant Tesla, seine Umstellung auf nachhaltige Energie durch die Herstellung von Hochenergie-Zellen mit geringerem Kobalt-Anteil oder sogar ganz ohne Kobalt zu beschleunigen.

Etwa 70 % des weltweit abgebauten Kobalts stammen aus der DR Kongo.
Etwa 70 % des weltweit abgebauten Kobalts stammen aus der DR Kongo. (Bild: gettyimages-57575629-edited/Analog Devices)

E-Mobility: Batterie und Sicherheit

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(Bild: AdobeStock_277540900)

Wie entstehen bessere E-Auto-Batterien und sind sie sicher? Bewährte und neue Batterietechnologien von Entwicklung bis Recycling, Brandschutz von Simulation über Materialien bis Batteriemanagement und Safety-Konzepten, sowie Testverfahren von EMV bis Sicherheit. Die Technologien dahinter finden Sie hier.  

LFP-Batterien sind kobaltfrei

LFP-Batterien haben sich in der Produktion bewährt, kommen in der Industrie seit mehr als 10 Jahren zum Einsatz und werden von zahlreichen OEMs als bevorzugte Technologie unterstützt. Allerdings ergeben kobaltbasierte Lösungen eine um 10 bis 20 Prozent höhere Energiedichte, was wiederum mehr Reichweite pro Ladung bedeutet. Diese höhere Leistungsfähigkeit muss jedoch mit einem erhöhten Risiko erkauft werden, denn durch den niedrigeren Flammpunkt von Kobalt gegenüber LFP erhöht sich das Risiko, dass Batterien in Brand geraten. Hinzu kommt, dass LFP-Batterien kostengünstiger hergestellt werden können und in Bezug auf Sicherheitsrisiken wie das Durchstoßen der Hülle oder das thermische Durchgehen bessere Eigenschaften bieten. Die hohe Belastbarkeit von LFP-Batterien ermöglicht ferner ein schnelleres Laden.

Alternative Batterielösungen
Vergleich alternativer Batterielösungen in Elektrofahrzeugen, (Bild: Battery University/Analog Devices)

EV-Hersteller sind darauf aus, heutige Batterietechnologien in den höherpreisigen, leistungsfähigen (d. h. mehr Reichweite bietenden) Modellen ihrer Flotte einzusetzen, während LFP-Batterien in Fahrzeugen mit geringerem Aktionsradius zur Anwendung kommen. Dank des Verzichts auf Kobalt können letztere den Konsumenten deutlich preisgünstiger angeboten werden. Dem niedrigeren Preis und der größeren Betriebssicherheit von LFP-Batterien steht jedoch die Tatsache gegenüber, dass das Messen des Ladezustands wegen der flacheren Entladekurve bei dieser Technik am schwierigsten ist.

Das Konzept von ADI für kobaltfreie Batterien
Das Konzept von ADI für kobaltfreie Batterien. (Bild: Analog Devices)

Vorteile kobaltfreier Batterien

  • Keine Kinder- oder Zwangsarbeit
  • Niedrige Kostenstruktur
  • Kein thermisches Durchgehen
  • Ideal für kostengünstige Elektrofahrzeuge

Unter dem Strich werden LFP-Batterien dank niedrigerer Kaufpreise die Akzeptanz von EVs bei den Verbrauchern fördern. Immerhin entfallen 51 Prozent des Kaufpreises eines EV derzeit auf die Batterie. Überdies wird die Abkehr vom Kobalt der Industrie zu einer ethisch besser vertretbaren Lieferkette verhelfen. Gleichzeitig führen die Vorteile der LFP-Batterien auch zu einem ökologisch nachhaltigeren Batterie-Ökosystem sowie in höherer Effizienz für die Second-Life-Nutzung.

Mike Kultgen

General Manager, Battery Management Systems, bei Analog Devices

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