Weltweit entstehen zur Zeit Gigafabriken die allein durch die Produktionzahlen zu einem starken Wettbewerbsdruck führen. Neben den seltenen Erden wie Lithium sind aber auch edle Metalle wie etwa Kobalt sehr entscheidend für den Zellenpreis. Schon ist die Rede von «Terafactories»: Zellenfabriken die bis zu 30-mal grösser als die Gigafactories mit bis zu 30 Gigawatt pro Jahr sind. Bereits wird auch über «1 Million-Mile-Batteries» gesprochen, also Zellen mit NMC-Chemie und einem neuen fortschrittlichen Elektrolyten, die 4000 Zyklen schaffen. In diesen sind LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 /Graphit-Chemie (Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxide) verbaut.
Zellen und Batterien
Wichtig sind bei allen Betrachtungen, dass man zwischen Zellen- und dem Batteriepreis unterscheidet. Batterien, so sagt schon das Wort, sind die Zusammensetzung von mehreren Einzelzellen. In der Aviatik, aber auch in der Kraftfahrzeugtechnik werden Spannungen von 48 Volt bis mehreren Tausend Volt verwendet. Hohe Spannungen sind dort erforderlich, wo mit hohen Leistungen operiert wird. Das könnten zum Beispiel künftige Kleinverkehrsflugzeuge sein. Flugzeuge kleinerer Bauart verwenden Spannungen unter 1000 Volt (das sind 600 bis 900 Volt).
Ultraleichtflugzeuge, selbststartende Segelflugzeuge und die einfachen Trikes verwenden alle Spannungen von unter 60 Volt (60 Volt gelten bereits als lebensgefährlich!), deswegen werden darin Systeme mit der 48 Volt-Technologie verbaut.
Aviatik wird von der Automobilbranche profitieren
Die Zellen sind inzwischen, egal welche Gesamtkapazität eine Batterie haben soll, standardisiert. Das gilt auch für ihre Baugrössen, wie man sie von hausüblichen Batteriezellen in der 1,5 Volt-Technik (z. B. AA und AAA Zellen) kennt. Allerdings haben Lithium-Ionen-Zellen eine Nennspannung von 3,6-3,7 Volt. Diese Spannung rechtet sich nach dem verwendeten Elektrodenmaterial.
In Europa entstehen zurzeit mehrere neue Gigafabriken, an denen sich inzwischen auch grosse Automobilunternehmen beteiligen. Der inzwischen unersättliche Hunger der Elektroautohersteller hat zu diesem Handeln gezwungen. Nun hat aber Tesla mitgeteilt, dass Batterien unter 100 Dollar pro Kilowattstunde in den neuen Wagen verbaut werden, die ausserdem dank gesteigerter Energiedichte den Teslas Reichweiten von bis zu 1000 Kilometer versprechen (noch liegen die Preise von beispielsweise Sony, Panasonic und CATL bei rund 1000 Franken pro Kilowattstunden). Früher oder später wird die Aviatik daraus auch ihren Nutzen ziehen können.
Batteriepreise sind von verschiedenen Faktoren abhängig
Um kostengünstig zu Batterie-Packs zu kommen, produzieren kleine wie grosse Hersteller ihre Packs selbst. So auch Rolls-Royce und zuvor ebenfalls Siemens. Standardisierte Batterie-Packs gibt es in der Luftfahrtbranche noch nicht, auch ist es sehr schwer, diese zu standardisieren, weil jede Applikation anders sein wird.
Um höhere Ströme bereitzustellen, müssen die in Reihe geschalteten Zellen parallel miteinander verbunden werden. Die Schaltung muss so erfolgen, dass auch bei Ausfall einer Zelle nicht die ganze Batterie tot ist. Ein Batterie Management System überwacht dabei bei Ladung und Entladung unter Umständen jede einzelne Zellenspannung. Dieses Monitoring-System ist das Herzstück einer ganzen Batterie.
Die angegebenen Batteriepreise sind also abhängig von der Bauart, Spannung und dem Verwendungszweck in einem Luftfahrzeug. Eine reine Bordbatterie etwa für die Elektronik ist demnach bei konstanter Stromentnahme oder Nachladung unkomplizierter als eine Hauptversorgungbatterie, die die den oder die Motoren antreibt.
Gründe für die Preisdifferenz
Inzwischen hat CATL sogar bekannt gegeben, kobaltfreie Zellen für unter 60 Dollar/kWh ab 2021 liefern zu können. Das wird sich auch auf die Aviatikanwendungen positiv auswirken! Ob Aviatikbatterien jedoch je unter 100 Dollar/kWh sinken werden, ist auch davon abhängig, in welchen Stückzahlen die Zellen verbaut werden können. Vor dem Einbau einer Zelle, muss diese genauestens vermessen werden. Aschenputtelmanier ist hierbei in hochautomatisierter Ebene gefragt. Die Guten in die anspruchsvolle Batterie, die Schlechten für einfache industrielle Anwendungen oder zurück in die Wiederverwertung – und genau das macht die Preisdifferenz aus.
