NMC Batterie & Akku » Die Nickel-Mangan-Cobalt Technologie
Veröffentlicht: 10.10.2023 | Lesedauer: 3 Minuten
NMC-Akkus oder auch NMC-Batterien, wie sie im neuen Sprachgebrauch nun auch verstärkt genannt werden, gehören zur großen Familie der Lithium-Akkus. Die Abkürzung NMC steht für Nickel, Mangan und Cobalt, weswegen die Akkus von Fachleuten auch als Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Akkus bezeichnet werden. Der Name des Akkumulators leitet sich vom Material des positiven Pols ab, für den Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxide in unterschiedlichen Zusammensetzungen verwendet werden.
Je nach Zusammensetzung des Oxids können Kapazität und Leistungsfähigkeit, aber auch der Preis stark variieren. Somit lassen sich NMC-Akkus bereits bei der Herstellung durch die Auswahl des passenden Elektrodenmaterials optimal für den jeweils vorgesehenen Anwendungsfall konfigurieren.
Der Aufbau eines NMC-Akkus entspricht dem einer klassischen Lithium-Ionen-Zelle mit Anode, Kathode, Separator und Elektrolyt. Den exakten Aufbau einer Li-Ionen-Zelle können Sie bei Bedarf in unserem Ratgeber zu den Lithium-Akkus nachlesen.
Der einzige Unterschied zu dem im Ratgeber gezeigten Lithium-Cobalt-Oxidakku ist der Aufbau der positiven Elektrode. Für einen NMC-Akku wird ein Gemisch aus Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid verwendet. Bei der Oxid-Zusammensetzung der Elektrode gibt es verschiedene Mischungsverhältnisse bzw. Technologien:
NMC 333 Lithium-Ionen-Batterie mit 33,33% Nickel (Ni), 33,33% Mangan (Mn) und 33,33% Cobalt (Co).
NMC 622 Lithium-Ionen-Batterie mit 60% Nickel (Ni), 20% Mangan (Mn) und 20% Cobalt (Co).
NMC 811 Lithium-Ionen-Batterie mit 80% Nickel (Ni), 10% Mangan (Mn) und 10% Cobalt (Co).
Cobalt und Cobalt-Oxide sind vergleichsweise teuer. Zudem findet der Abbau, wie beispielsweise in der Demokratischen Republik Kongo, teilweise illegal und ohne Berücksichtigung von sozialen, gesundheitlichen, arbeitsrechtlichen oder ökologischen Aspekten statt. Darum versuchen Hersteller bei den NMC-Zellen den Anteil an Cobalt immer weiter zu reduzieren. Gleichzeitig wird dabei versucht, die Kapazität, die Energie bzw. Leistung und auch die Wettbewerbsfähigkeit zu steigern.
Ebenso wie der Aufbau ist auch die Funktionsweise eines NMC-Akkus mit anderen Akkus der Lithium-Ionen-Serie identisch.
Ladevorgang
Beim Ladevorgang werden durch die Ladespannung Elektronen von der positiven Elektrode des Akkus abgezogen und an der negativen Elektrode zur Verfügung gestellt. Dadurch lösen sich Lithium-Ionen aus dem Plus-Pol und wandern durch den Elektrolyt und den Separator zum Minus-Pol. Dort nehmen sie jeweils ein Elektron auf und lagern sich in der Graphitschicht ein. Durch die Energie des Ladevorgangs wird somit eine sehr hohe Anzahl an Elektronen an der negativen Elektrode gebunden.
Entladevorgang
Um den Akku zu entladen, ist es ausreichend, einen externen Stromkreis mit einem Verbraucher aufzubauen. Sobald der Stromkreis geschlossen ist, gibt das Lithium das vorher aufgenommene Elektron wieder ab. Anschließend wandert es als Lithium-Ion durch den Separator zurück zur positiven Elektrode. Die an der negativen Elektrode abgegebenen Elektronen fließen über den äußeren Stromkreis ebenfalls zum Plus-Pol und ermöglichen dort die Aufnahme des Li-Ions in das Oxid.
Die einzelnen Abläufe, die beim Laden und Entladen stattfinden, haben wir in unserem Ratgeber zu Lithium-Akkus genau beschrieben.
NMC-Akkus bieten bei korrekter Anwendung und entsprechender Pflege eine sehr hohe spezifische Energie und eine lange Lebensdauer. Deshalb werden diese Zellen gerne und häufig für die unterschiedlichsten Anwendungen genutzt, bei denen primär Wert auf Leistung gelegt wird.
Der wohl wichtigste Haupteinsatzbereich ist die Elektromobilität.
Akkus mit NMC-Technologie werden von der Automobilindustrie weltweit am häufigsten bei E-Autos eingesetzt. Lediglich der US-amerikanische Hersteller Tesla setzt bei seinen Elektrofahrzeugen verstärkt auf NCA-Akkus bzw. LFP-Akkus.
Selbst für einfache Elektrofahrzeuge, wie beispielsweise E-Bikes oder Roller, werden vorzugsweise NMC-Akkus verwendet.
Aber auch in elektronischen Kleingeräten wie Smartphones und Notebooks werden immer stärker NMC-Akkus genutzt und haben wegen ihrer hohen Energiedichte die vormals genutzten Lithium-Cobalt-Oxid-Akkus mittlerweile fast vollständig verdrängt.
Woran erkennt man, dass es sich um einen NMC-Akku handelt?
Die Hersteller schreiben oft nur Li-Ion auf das Typenschild des Lithium-Ionen-Akkus und machen leider keine Angaben bezüglich der verwendeten Technologie. Da die Angaben zur Zellenspannung in diesem Fall auch nicht hilfreich sind, müssen die Informationen bei Bedarf in den technischen Dokumentationen zum Akku oder dem jeweiligen Gerät nachgeschlagen werden. Im Zweifelsfall ist der Hersteller zu fragen.
Was muss beim Umgang mit NMC-Akkus beachtet werden?
Grundsätzlich sollten beim Umgang mit Akkus immer die vom Hersteller angegebenen Sicherheitshinweise beachtet werden. Dazu gehört auch, dass Lithium-Akkus immer mit dem dafür vorgesehenen Ladegerät geladen werden müssen. Dabei ist der Ladevorgang stets durch die anwendende Person zu überwachen. Bei einem sachgemäßen Umgang sind Lithium-Akkus sehr sichere Stromspeicher mit hoher Energiedichte und langer Lebensdauer. Im Falle einer Überladung oder bei einer mechanischen Beschädigung hingegen besteht die Gefahr, dass der Akku in Brand gerät. Fachleute bezeichnen diesen Effekt als exotherme Reaktion oder auch als thermisches Durchgehen.
Wie sieht die weitere Entwicklung bei NMC-Akkus aus?
Verschiedene Unternehmen arbeiten mit Nachdruck daran, die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer zu erhöhen. Speziell im Bereich der Elektromobilität ist die Lebensdauer der Akkus ein entscheidendes Kriterium für den Kauf von Elektrofahrzeugen.