Zwei Hersteller dominieren den weltweiten Markt für E-Autos: Tesla und BYD. Beide verfolgen gegensätzliche Strategien bei ihren Batterien. Forschende der RWTH Aachen haben jetzt Zellen beider Hersteller auseinandergenommen, dabei interessante Einblicke in Leistung, Herstellung und Kosten gewonnen und diese in einer wissenschaftlichen Veröffentlichung im Fachjournal „Cell“ festgehalten.

Der offensichtlichste Unterschied ist die Größe und Form der Zellen. Tesla verwendet runde „4680“-Zellen (46 mal 80 Millimeter). Diese wurden ab 2022 unter anderem im Modell Y und im Cybertruck verbaut. Sie sind rund fünf Mal größer als Teslas bisherigen „21700“-Zellen (21 mal 70 Millimeter).

BYD hingegen setzt auf „Blade-Zellen“ – groß, flach und rechteckig („prismatisch“). Diese treiben nicht nur eigene Fahrzeuge an, sondern teilweise auch das Tesla Model Y.

Zellen	Tesla 4680	BYD Blade
Größe	46 x 80 mm	90 x 965 x 14 mm
Gewicht	355 g	2700 g
Spannung	3,7 V	3,2 V
Kapazität	85 Wh	432 Wh
Energiedichte (Volumen)	643 Wh/l	355 Wh/l
Energiedichte (Gewicht)	241 Wh/kg	160 Wh/kg
Kathode	NMC 811	LFP
Anode	Graphit	Graphit
Kosten	ca. 37 €/kWh	ca. 25 €/kWh

 

Ebenso augenfällig sind die Unterschiede bei der Kathode: Tesla nutzt Lithium mit Nickel-Mangan-Cobalt-Oxiden im Verhältnis 8:1:1 (NMC 811). Solche Zellen punkten vor allem mit hoher Energiedichte. BYD verwendet hingegen Lithium-Eisenphosphat (LFP), das sich durch niedrige Kosten und hohe Lebensdauer auszeichnet. So weit, so bekannt.

Aber im Detail haben die Forschenden einige überraschende Entdeckungen gemacht:

• Keiner der beiden Hersteller nutzt Silizium-Anoden. Dabei bieten diese einen großen Hebel, die Energiedichte zu erhöhen. Hier gibt es also noch großes Potenzial für weitere Verbesserungen.
• Die „passiven“ Komponenten wie Gehäuse und Stromanschlüsse machen bei beiden Zellen rund 40 Prozent des Gewichts aus. Dabei lautete die Logik hinter dem Blade-Konzept eigentlich: Größere Zellen brauchen anteilig weniger Verpackung – also lässt sich die geringere Energiedichte der LFP-Kathoden auf diese Weise kompensieren. Das scheint nur bedingt zu funktionieren.
• Die BYD-Zellen sind energieeffizienter als die von Tesla. „Das Design der Tesla-Zelle zielt auf eine hohe thermische Leitfähigkeit ab, das heißt, man kann sie sehr gut kühlen, was gerade beim Schnellladen wichtig ist“, kommentiert Christoph Neef vom Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung, der selbst nicht an der Studie beteiligt war. „Die Autoren haben nun aber gezeigt, dass sich dieses Hochstromdesign nicht über die gesamte Zelle fortsetzt und die Zelle im Vergleich zum BYD-Modell recht hohe thermische Verluste aufweist. Dies zeigt, dass die Tesla-Ingenieure in dieser ersten Version noch nicht das volle Potenzial aus der Zelle herausholen konnten.“ (Mittlerweile gibt es verbesserte Versionen der 4680-Zellen.)

Solche Analysen seien vor allem interessant, um die „Kluft zwischen Grundlagenforschung und serienreifen Produkten“ zu überbrücken, sagt Cristina Grosu, Gruppenleiterin Elektrische Antriebssysteme an der TU München. Denn oft scheitern angebliche Durchbrüche im Labor daran, dass sie sich nicht auf die Massenproduktion übertragen lassen.

Neef ergänzt: „Für uns Entwickler in Deutschland und Europa bedeutet es möglicherweise auch, dass wir vielleicht mutiger bei der Kommerzialisierung von Batterietechnologien sein sollten, selbst wenn diese noch nicht bis zur Perfektion ausentwickelt sind.“

Doch sind NMC- und LFP-Zellen in Zukunft überhaupt noch relevant? Mercedes hat schließlich bereits angekündigt, eine Festkörperbatterie aus dem Motorsport im Straßenbetrieb zu erproben. Die Reichweite des EQS soll damit von derzeit 800 auf über 1.000 Kilometer steigen.

Neef sieht kein Ende der klassischen Lithium-Ionen-Technik gekommen: „Die Autoren haben genau die Zellen ausgesucht, die noch über Jahre eine herausragende Rolle für die Elektromobilität spielen werden, gegebenenfalls in weiterentwickelter Form“, sagte er gegenüber dem Science Media Center. „Die Studie kann also durchaus als ‚Referenz für alles, was noch kommt‘ angesehen werden.“