Darum lohnen sich Lithium-Eisenphosphat-Speicher

Wenn es um Stromspeicher für Photovoltaikanlagen geht, führt aktuell kein Weg an einem Lithium-Stromspeicher vorbei. Die Lithium-Ion-Batterietechnik wurde 1989 erstmals vorgestellt. Zu Beginn fokussierten sich die Hersteller von Lithium-Ionen-Akkus auf den Einsatz in mobilen Geräten, wie zum Beispiel Handy-Akkus oder Taschenlampen. Grund hierfür war in erster Linie das geringe Gewicht. Erst später wurde die Akkutechnologie auch für Stromspeicher genutzt.

Lange Zeit dominierten dabei herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus mit Lithium-Cobalt-Oxid-Zellen (LiCoO2). Das änderte sich 1997. Seit diesem Zeitpunkt gewinnt Lithium-Eisen-Phosphat (engl. Lithium-Ferrophosphat; LFP) als Bestandteil der Lithium-Akkutechnologie immer weiter an Bedeutung. So werden die Akkus mit Lithium-Eisen-Phosphat bis 30.000 Amperestunde (Ah) mittlerweile am häufigsten als Solarbatterie bzw. Stromspeicher für Solaranlagen verwendet.

Lithium-Cobalt-Oxid vs. Lithium-Eisenphosphat - was ist besser?

Damit verdrängen Lithium-Eisenphosphat-Speicher immer mehr die herkömmlichen Lithium-Cobalt-Oxid-Akkus. Das hat gute Gründe. Denn Lithium-Eisenphosphat-Akkus werden eine Vielzahl an Vorteilen gegenüber den Lithium-Cobalt-Oxid-Akkus bescheinigt.

Im Vergleich mit LiCoO2-Akkus sollen die neuen Lithium-Ionen-Batterien dabei eine viel geringere Brand- und Explosionsgefahr aufweisen. Es gibt sogar Studien und Testergebnisse, die aufzeigen, dass Lithium-Eisenphosphat-Akkus gar nicht brennen oder explodieren können.

Zudem sind die Akkus laut Messungen leistungsstärker und bieten eine deutlich höhere Lebensdauer. Außerdem ist Lithium-Eisen-Phosphat nicht toxisch und somit umweltfreundlicher als Lithium-Cobalt-Oxid und ähnliche Materialien. Dafür ist aber die Energiedichte der LFP-Batterie geringer.

Wie hoch ist der jeweilige Lithium-Anteil?

Hinzu kommt, dass es sich bei LiCoO2 um konventionelles Kathodenmaterial LiCoO2 handelt. Der Lithium-Anteil bei Akkus mit Lithium-Cobalt-Oxid wird dabei lediglich zu maximal 60 Prozent ausgenutzt. Das ist so auch gewollt, um Instabilitäten in der Schichtstruktur auszuschließen.

Lithium-Mangandioxid-Akkus nutzen vom vorhandenen Lithium sogar nur rund 50 Prozent. Das wiederum ist baulich bedingt. Ein Teil des Lithiums ist fest ins Kristall integriert. Demgegenüber greift ein Lithium-Eisenphosphat-Akku immer zu 100 Prozent auf den Lithium-Anteil zurück. Das stellt ein Alleinstellungsmerkmal dieser Lithium-Ionen-Batterien auf LFP-Basis dar.

Was spricht für Lithium-Eisenphosphat als Top-Lösung?

Wer einen Batteriespeicher auf Basis von Lithium-Eisenphosphat für seine Solaranlage kauft, profitiert in erster Linie immer von der Langlebigkeit und der Zuverlässigkeit. Die Lithium-Eisenphosphat-Akkus übertrumpfen ihre Konkurrenz zudem auch im Hinblick auf die Zahl der Be- und Entladungen.

In der Regel stellen 10.000 bis 15.000 Zyklen für einen Akku dieser Art kein Problem dar. Im Vergleich zu anderen Akku-Technologien muss dabei ein weitaus geringerer Verlust gegenüber der ursprünglichen Leistung bzw. Ausgangsleistung hingenommen werden. Das erhöht die Lebensdauer eines LFP-Stromspeichers für Solaranlagen.

Darum sind LFP-Akkus die beste Wahl für Solarstromspeicher

Nach 10.000 Be- und Entladungen sind immer noch mindestens 70 Prozent der Ausgangskapazität vorhanden. 60 Prozent sind es bei 15.000 Be- und Entladungen. Damit sind Lithium-Eisenphosphat-Batterien als enorm zyklenfest anzusehen, was auch durch die Studie "Kompendium: Li-Ionen-Batterien" klar bestätigt wird (vgl. https://www.dke.de/resource/blob/933404/fa7a24099c84ef613d8e7afd2c860a39/kompendium-li-ionen-batterien-data.pdf).

Hierbei handelt es sich um eine Studie, die vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (in Kurzform: BMWi) gefördert wurde. Dank dieser Kombination aus Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit stellen Lithium-Eisenphosphat-Akkus dann auch für das stationäre Speichern von Solarstrom prädestiniert.

Wie sicher sind Lithium-Eisenphosphat-Speicher?

Zahlreiche Quellen behaupten, dass Lithium-Eisenphosphat-Speicher nicht explodieren und auch nicht brennen können. Auch sollen sie selbst bei extremen Temperaturen funktionell einwandfrei funktionieren und sich auch nicht von Beschädigungen aus dem Gleichgewicht bringen lassen.

Gezielt ausgesuchte seriöse Quellen belegen diese Behauptungen nachhaltig. Beispielhaft hierfür steht insbesondere eine umfassende VDE-Studie (Verband der Elektrotechnik). In dieser wird Lithium-Eisenphosphat sicherheitstechnisch ausdrücklich gelobt. Demnach generieren Lithium-Eisenphosphat-Speicher klare Vorteile hinsichtlich der Sicherheit gegenüber anderen Materialien bzw. Speichervarianten (vgl. https://www.dke.de/resource/blob/933404/fa7a24099c84ef613d8e7afd2c860a39/kompendium-li-ionen-batterien-data.pdf).

Wie hoch ist eine mögliche Brand- und Explosionsgefahr?

Diese Sicherheitsvorteile der LFP-Batteriezellen basieren dabei auf unterschiedlichen Aufbaustrukturen und intern ablaufenden Prozessen in Form von chemischen Reaktionen. Denn diesbezüglich gibt es einen ganz besonders wichtigen Unterschied. Während zum Beispiel Lithium-Cobalt-Oxid-Zellen Sauerstoff im Rahmen von chemischen Reaktionen freisetzen, ist das bei LFP-Akkus nicht der Fall.

Dadurch verringert sich das Risiko, dass es zu einem thermischen Durchgehen kommt oder sich schlimmstenfalls die Zelle selbstständig entflammt. Demgegenüber zeigten Tests mit beispielsweise NMC- oder NCA-Zellen ein weitaus höheres Risikopotenzial auf. Das sind Lithium-Nickel-Cobalt-Mangan- und Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium-Oxid-Verbindungen.

Tests beweisen: LFP bietet ein Plus an Sicherheit

So ließen Temperaturen von über 700 °C in diesem Fall den Separator schmelzen. Zudem kann der Schmelzvorgang durchaus auch auf andere Zellen übergreifen. Bei einem Kurzschluss könnte es hier in der Praxis also tatsächlich zu einem Brand kommen.

Ein weiteres Problem kommt hinzu: Ein solcher Brand kann selbst unter Wasser nicht gelöscht werden, da das Batteriematerial im Grunde genommen selbst den Sauerstoff zum Verbrennen liefert. Ein solches Szenario kann bei einem Lithium-Eisenphosphat-Speicher nicht eintreten.

Wie schnell lädt ein Lithium-Eisenphosphat-Speicher?

Auch im Hinblick auf den Lade- und Entladevorgang überzeugen Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus. Sie gewährleisten im Vergleich zu anderen Akkus ein weitaus schnelleres und stabileres Laden. Außerdem funktionieren die Lade- und Entladeprozesse auch bei extremer Hitze oder Kälte. Das macht deutlich, dass die Leistungsperformance von der jeweiligen Außentemperatur in keiner Weise abhängig ist und nicht negativ beeinflusst wird.

Wie viele Ladezyklen sind maximal möglich?

Nimmt man die Verhältnisse und Gegebenheiten rund um das Erzeugen von Solarstrom in Deutschland als Maßstab, benötigen PV-Anlagen durchschnittlich etwa 250 Ladezyklen pro Jahr zur Sicherstellung des solaren Eigenverbrauchs. Mit Akkus, die lediglich 1.000 oder auch 5.000 Ladezyklen bieten, kommt man hier nicht weit.

Die Lebensdauer in Jahren gerechnet, liegt in solchen Fällen im niedrigen einstelligen Bereich. Eigentlich sollte ein Akku für den Strom- bzw. Solarspeicher einer Solaranlage aber mindestens 15 bis 20 Jahre ihren Dienst verrichten. Bestenfalls sogar noch länger.

Lithium-Eisenphosphat-Batterien lassen sich in der Regel mindestens 10.000 Mal be- und entladen. Je nach Marke und Modell verfügen sie dann immer noch über 70 bis 80 Prozent der Ausgangskapazität.

Das sind im Vergleich zur Konkurrenz echte Spitzenwerte. Auch 15.000 oder sogar 25.000 Zyklen sind mit LFP-Akkus möglich, ohne dass die Kapazität einen völlig unzureichenden Level erreicht. Diese Zyklenfestigkeit haben Tests, wie zum Beispiel vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT), bereits mehrfach bewiesen.

Wie stark ist der Memory-Effekt ausgeprägt?

Dazu passt: Im Gegensatz zu beispielsweise Nickel-Cadmium-Akkus tritt bei einer Lithium-Eisenphosphat-Batterie nur ein ganz geringfügiger Memory-Effekt ein. Im Regelbetrieb ist er sogar vernachlässigbar klein. Bei der Entladung merkt man ihn zwar deutlicher, aber im Vergleich zu anderen Akkus ist der Memory-Effekt auch hier sehr klein.

Lithium-Eisenphosphat-Speicher: Langlebigkeit senkt den Preis

Unabhängig von den Ladezyklen und der Leistungsperformance an sich steht allerdings oftmals der vergleichsweise hohe Preis für LFP-Akkus in der Kritik. Dies ist in dieser Form aber gar nicht berechtigt - und das lässt sich am relativen Preis erkennen.

Wird die lange Lebensdauer und die hohe Zahl der möglichen Zyklen im Verhältnis zum Preis betrachtet wird, relativieren sich die höheren Anschaffungskosten. Die zuvor schon erwähnte VDE-Studie hat sich diesbezüglich eingehend mit den relativen Kosten beschäftigt und entsprechende Berechnungen durchgeführt.

Laut den Studienergebnissen bewegen sich demnach die relativen Kosten für einen Ladezyklus zwischen 0,09 und 0,25 Euro pro Kilowattstunde. Dagegen kommen beispielsweise NCA- und NMC-Akkus auf doppelt so hohe Kosten.

Ist Lithium-Eisenphosphat besonders umweltfreundlich?

Die Umweltverträglichkeit wird bei Batteriespeichern häufig bemängelt. Viele Speichersysteme haben hier in der Tat Nachholbedarf. Auf eine Lithium-Ionen-Batterie auf LFP-Basis trifft das allerdings nicht zu. Stattdessen bietet die Batterie eine gute Umweltbilanz.

Das fängt bereits damit an, dass Lithium-Eisenphosphat auch als natürliches Mineral vorkommt. Zudem beinhalten Lithium-Batterien dieser Art keine giftigen Schwermetalle, wie etwa Cadmium und Nickel. Auch Kobalt fehlt gänzlich.

Weiterer Vorteil: Alle von einer LFP-Batterie genutzten Metalle lassen sich zu 100 Prozent recyceln. Im Hinblick auf die verwendeten Elektrodenmaterialien und den Polymerseperator bietet sie eine Wiederaufbereitungsquote von sehr guten 90 Prozent.