LFP vs. NMC: Welcher Akkutyp ist besser?

Lithium-Ionen-Akkus sind in der Welt der Heimspeicher zur Standardtechnologie geworden. Dabei spielen vor allem zwei Varianten eine wichtige Rolle: LFP (Lithium-Eisenphosphat) und NMC (Nickel-Mangan-Kobalt). LFP-Akkus finden dank ihrer Robustheit und Langlebigkeit zunehmend Verbreitung in stationären Energiespeichern. NMC-Akkus hingegen zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte aus und werden daher bevorzugt in mobilen Anwendungen wie Elektrofahrzeugen eingesetzt.

Bei der Entscheidung für einen Heimspeicher stellt sich oft die Frage: Welche der beiden Akkutechnologien ist die bessere Wahl? Um dies zu beantworten, müssen die spezifischen Eigenschaften, Stärken und Schwächen von LFP und NMC genauer unter die Lupe genommen werden. Dieser Vergleich soll Klarheit schaffen und aufzeigen, für welche Anwendungsfälle sich die jeweilige Akkutechnologie besonders eignet.

Was macht LFP-Akkus besonders?

LFP-Akkus, auch bekannt als Lithium-Eisenphosphat-Akkus oder Lithium-Ferrophosphat-Akkus, gehören zur Familie der Lithium-Ionen-Batterien. Ihr Alleinstellungsmerkmal liegt in der Zusammensetzung der positiven Elektrode (Kathode), die aus Lithium-Eisenphosphat besteht.

Chemische Zusammensetzung:

• Kathode: Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4)
• Anode: Grafit

Leistung:

• Hohe Anzahl an Ladezyklen (bis zu 10.000)
• Fähigkeit, hohe Be- und Entladeströme zu handhaben
• Geringere Energiedichte im Vergleich zu anderen Lithium-Ionen-Akkus

Besondere Merkmale:

• Äußerst robust und widerstandsfähig gegenüber mechanischen Belastungen
• Resistent gegenüber hohen und niedrigen Temperaturen
• Lange Lebensdauer und geringe Alterung

Nachhaltigkeit:

• Nahezu vollständig recycelbar
• Enthält keine giftigen Schwermetalle
• Verwendet keine kritischen Rohstoffe wie Kobalt

Anwendungsbereiche:

• Hauptsächlich in stationären Großspeichern für Industrie und Schifffahrt
• Stromspeicher für Photovoltaikanlagen in Haushalten
• Zunehmender Einsatz in Elektrofahrzeugen

Eigenschaften von NMC-Akkus

Nickel-Mangan-Kobalt-Akkus, auch als NMC, Li-NMC, LNMC oder NCM bekannt, gehören ebenfalls zu den Lithium-Ionen-Batterien. Sie unterscheiden sich von LFP-Akkus hauptsächlich durch die chemische Zusammensetzung der Kathode. Diese besteht beim NMC-Akku aus unterschiedlichen Anteilen von Nickel, Mangan und Kobalt.

Chemische Zusammensetzung

• Kathode aus Nickel, Mangan, Kobalt in unterschiedlichen Varianten (z.B. NMC 111, NMC 532, NMC 811)
• Anode aus Grafit

Leistung

• Hohe Energiedichte
• Gute Lebensdauer

Besondere Merkmale

• Sehr flexibel einsetzbar aufgrund der variablen chemischen Zusammensetzung
• Gutes Verhältnis von Leistung und Lebensdauer

Nachhaltigkeit

• Nickel, Mangan und Kobalt sind teilweise recycelbar
• Abbau von Kobalt wird teilweise kritisch bewertet

Anwendungsbereiche

• Pedelecs
• E-Autos
• Mobiltelefone
• Notebooks
• Tablets
• Batteriebetriebene Elektrogeräte wie Werkzeuge, Gartengeräte
• Stromspeicher

LFP und NMC im direkten Vergleich

Verwendete Chemikalien
LFP-Akkus verwenden als Kathodenmaterial Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4). NMC-Akkus hingegen basieren auf einer Kathode aus Nickel, Mangan und Kobalt in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen.

Besonderheiten
Eine Besonderheit von LFP-Akkus ist, dass bei der chemischen Reaktion in der Zelle kein Sauerstoff freigesetzt wird. Bei NMC-Akkus hingegen wird durch die Reaktion der Übergangsmetall-Oxide Sauerstoff abgegeben.

Energiedichte
NMC-Akkus weisen mit 230-250 Wh/kg eine deutlich höhere gravimetrische Energiedichte auf als LFP-Akkus mit 130-160 Wh/kg.

Lebensdauer
LFP-Akkus haben mit 5.000-10.000 Ladezyklen eine bemerkenswert hohe Zyklenfestigkeit im Vergleich zu NMC-Akkus mit 3.000-5.000 Zyklen.

Sicherheit
LFP-Zellen sind sehr robust gegenüber mechanischen Einflüssen, unempfindlich gegen Übertemperatur und neigen nicht zum thermischen Durchgehen. NMC-Akkus sind zwar mit Batteriemanagementsystemen relativ sicher, bei Beschädigung oder Extremtemperaturen kann es aber zu Überhitzung kommen.

Nachhaltigkeit
LFP-Akkus sind nahezu vollständig recycelbar, enthalten keine giftigen Schwermetalle und keine kritischen Rohstoffe wie Kobalt. NMC-Akkus lassen sich nur anteilig recyceln und der Kobalt-Abbau ist in manchen Regionen problematisch.

Kosten
Auf Zellenbasis sind LFP-Akkus mit rund 95 $/kWh günstiger als NMC-Akkus mit ca. 120 $/kWh.

Größe
Um die geringere Energiedichte auszugleichen, sind LFP-Batterien tendenziell größer. NMC-Akkus erlauben kompaktere Bauformen.

Anwendungsbereiche
LFP-Akkus eignen sich besonders für stationäre Großspeicher sowie E-Autos und Heimspeicher. NMC-Akkus finden Verwendung in tragbaren Geräten, E-Bikes, E-Autos und Heimspeichern.

Entwicklungstrends bei LFP- und NMC-Akkus

LFP- und NMC-Akkus sind die beiden führenden Lithium-Ionen-Batterietechnologien auf dem Weltmarkt. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Eigenschaften haben sie teilweise unterschiedliche Einsatzbereiche. Daher ist es unwahrscheinlich, dass eine der beiden Technologien die andere vollständig verdrängen wird.

Stattdessen ist es wahrscheinlicher, dass LFP- und NMC-Batterien künftig noch gezielter für bestimmte Anwendungen weiterentwickelt werden. So lässt sich beispielsweise die Energiedichte von LFP-Akkus steigern, indem man der Kathode Mangan beimischt. Bei NMC-Akkus kann die Kosteneffizienz verbessert werden, indem man einen Teil des Kobalts durch einen höheren Nickel-Anteil ersetzt.

Insbesondere die E-Mobilität und der Batteriespeicher-Markt werden die Entwicklung von LFP- und NMC-Akkus beeinflussen. Derzeit werden LFP-Akkus hauptsächlich in China produziert, während die leistungsstärkeren NMC-Akkus auch in den USA und Europa hergestellt werden und zum Beispiel in Oberklasse-E-Autos Verwendung finden. Eine Analyse des Fraunhofer-Instituts für System- und Innovationsforschung (ISI) prognostiziert die Verteilung der aktuellen Produktionskapazitäten.

Fazit: Die bessere Technologie für Stromspeicher

LFP- und NMC-Akkus haben jeweils ihre Vor- und Nachteile. LFP-Akkus punkten mit höherer Sicherheit, längerer Lebensdauer und besserer Umweltbilanz. NMC-Akkus bieten dafür eine höhere Energiedichte bei kompakteren Abmessungen.

Für stationäre Stromspeicher sehen wir LFP-Akkus klar im Vorteil. Die hohe Zyklenfestigkeit und Betriebssicherheit sind hier von größerer Bedeutung als eine maximale Energiedichte. In der Elektromobilität spielt dagegen die Reichweite eine entscheidende Rolle, weshalb hier NMC-Akkus noch die erste Wahl sind.

Neben der kontinuierlichen Weiterentwicklung der beiden Lithium-Ionen-Technologien gibt es auch vielversprechende neue Batterieansätze wie Feststoffbatterien oder Natrium-Ionen-Zellen. Diese könnten in Zukunft LFP und NMC zumindest teilweise ablösen, sind aktuell aber noch nicht marktreit. Insgesamt ist davon auszugehen, dass sich die verschiedenen Batterietechnologien je nach Anwendungsfall weiter ausdifferenzieren werden.