NCA Batterie & Akku » Die Nickel-Cobalt-Aluminium Technologie
Veröffentlicht: 10.10.2023 | Lesedauer: 3 Minuten
Neben der LFP-Technologie oder der NMC-Technologie stellen Akkus mit der NCA-Technologie eine weitere wichtige Gruppe in der großen Familie der Lithium-Akkus dar. Die Abkürzung NCA steht für Nickel, Cobalt und Aluminium und beschreibt die Zusammensetzung bzw. die chemischen Verbindungen der positiven Elektrode des Akkus.
Da an der positiven Elektrode bei der Entladung eine Reduktion stattfindet, sprechen Fachleute auch von einer Kathode. Bei einem NCA-Akku werden demzufolge Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium-Oxide als Kathodenmaterial verwendet.
Ebenfalls beachtenswert: NCA-Akkus sind sehr eng mit NMC 811-Akkus verwandt. Sie haben die gleiche Schichtstruktur des Kathodenmaterials und auch ein recht ähnliches elektrochemisches Verhalten.
Aus diesem Grund werden NMC-Akkus und NCA-Akkus oft zusammengefasst, wenn es um die Sicherheit der chemischen Zusammensetzung oder um den Vergleich mit anderen Lithium-Akkutypen wie beispielsweise LFP-Akkus geht.
Der Aufbau eines NCA-Akkus bzw. dessen Technologie entspricht dem eines herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus. Wobei die prozentualen Anteile der jeweiligen Kathoden-Komponenten einem NMC 811-Akku sehr ähnlich sind. Nur dass anstelle von Mangan Aluminium zum Einsatz kommt.
Durch den Einsatz von Aluminium kann die Zyklenstabilität und die Sicherheit erhöht werden. Allerdings nehmen die Aluminium-Ionen nicht an der Reduktion bzw. Oxidation teil, wodurch die nutzbare Kapazität verringert wird.
Ebenso wie bei den NMC-Akkus versuchen die Entwickler die hohen Kosten bei den NCA-Akkus soweit es geht zu reduzieren, indem sie das vergleichsweise teure Cobalt nur in unbedingt erforderlichen Mengen einsetzen.
Darum bestehen die Nickel-Cobald-Aluminium-Oxide eines nickelreichen NCA-Akkus zu rund 80% aus Nickel. Neben der Kosteneinsparung hilft Nickel auch, das Spannungsniveau zu steigern und so die speicherbare Energiemenge zu erhöhen.
Die grundsätzliche Funktion eines Lithium-Akkus sowie die Abläufe beim Laden und Entladen haben wir ausführlich in unserem Ratgeber zu den Lithium-Akkus beschrieben.
Wie alle Akkus, die mit Lithium-Ionen-Technologie arbeiten, haben auch NCA-Akkus sowohl Vorteile als auch Nachteile.
Vorteile
Im Vergleich zu NMC-Akkus weisen Akkus mit NCA-Chemie eine noch etwas höhere Energiedichte und ein noch besseres Leistungspotential auf. Hinzu kommt, dass Akkus mit NCA-Kathoden über sehr gute Schnellladefähigkeiten verfügen. Dadurch sind sie für den Einsatz in der Elektromobilität geradezu prädestiniert.
Nachteile
Wie bei NMC 811-Akkus ist der Nickelgehalt bei NCA-Zellen mit ca. 80% sehr hoch. Darunter leidet die thermische Stabilität. Das thermische Durchgehen bzw. die plötzlich auftretende Selbstentzündung, die im Normalfall erst bei hohen Temperaturen (ca. 180 °C) eintritt, kann bei Überladung bereits bei 65 °C stattfinden.
Aufgrund der bereits erwähnten hohen Leistung sind Akkus mit Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid in der Automobilindustrie sehr beliebt.
Besonders der US-amerikanische Hersteller Tesla setzt bei seinen Fahrzeugen neben NMC- und LFP-Zellen auch Antriebsakkus mit NCA-Technologie ein.
Dabei spielt es keine so große Rolle, dass die Zyklenfestigkeit (siehe nachfolgenden Abschnitt) der NCA-Akkus nicht ganz so hoch ist, wie beispielsweise bei NMC-Akkus.
Vielmehr ist die hohe Energiedichte der Grund, warum die Zelle derzeit relativ gerne verwendet wird.
Hersteller von Akkus und Elektrofahrzeugen geben bei ihren Produkten nicht immer die möglichen Ladezyklen an. Dies geschieht teilweise aus gutem Grund. Denn wenn nicht mit übertriebenen Fantasiewerten gearbeitet wird, könnte man beim Betrachten der reellen Zahlen schnell nachdenklich werden. Denn im Gegensatz zu Akkus mit NMC-Technologie, bei denen eine Zyklenzahl von rund 2000 von den Herstellern angegeben wird, schaffen Akkus mit NCA-Technologie lediglich 1000 Zyklen. Diese Zahl erscheint im ersten Moment nicht recht hoch.
Wenn man jedoch davon ausgeht, dass ein Elektroauto mit vollem Akku eine Strecke von rund 300 km fahren kann, wären das bei 1000 Zyklen stolze 300.000 km. Ein Wert, den so manches Fahrzeug mit Verbrennungsmotor nicht erreicht.
Nun ist es aber so, dass nicht bei jeder Fahrt der Akku komplett entleert wird. Bei Kurzstrecken wird oft nur ein geringer Prozentsatz der Kapazität entnommen. Wenn anschließend wieder nachgeladen wird, handelt es sich in diesem Fall nicht um einen kompletten Zyklus.
Um die Leistungsfähigkeit eines Elektroauto-Akkus auf Dauer zu erhalten und den Alterungsprozess nicht unnötig zu beschleunigen, sollten unbedingt die Ratschläge zur Akkupflege, die jeder Fahrzeughersteller seinen Kunden an die Hand gibt, beachtet werden.
Praxistipp: Zyklenfestigkeit von Starterbatterien
Eine klassische Autobatterie in einem Verbrennerfahrzeug schafft bei vollständiger Entladung im Schnitt rund 120 Zyklen. Für die Hauptaufgabe, also die Stromversorgung des Anlassers beim Motorstart, sind zwar hohe Ströme erforderlich, die aber wegen der kurzen Dauer nur einen Bruchteil des Kapazitätswertes des Akkus ausmachen. Wenn der Motor läuft, wird die Autobatterie umgehend wieder voll aufgeladen. Da der Startvorgang in diesem Fall keinen Zyklus darstellt, können mit einer intakten Batterie innerhalb eines längeren Zeitraumes mehrere Tausend Startvorgänge erfolgreich durchgeführt werden.