Festkörper- vs. LiFePO4-Akku: Was ist die Zukunft der Heimstromspeicherung?

LiFePO4-Akkueinheiten, auch LFPs genannt, gewinnen bei Hausbesitzern und deren Energiespeichersystemen zunehmend an Beliebtheit. Dies liegt daran, dass dieser Batterietyp für seine Zuverlässigkeit und erhöhte Sicherheit bekannt ist. Häufig wird er mit Festkörperbatterien (SSBs) verglichen, da beide wiederaufladbar sind. Doch welche Art ist besser für Ihre Heimstromspeicherung?

Erneuerbare Energien haben aufgrund ihrer Nachhaltigkeit im Vergleich zu herkömmlichem Strom an Popularität gewonnen. Früher verließen sich Menschen auf Generatoren, um ihre Häuser im Falle eines Stromausfalls mit Energie zu versorgen. Heute haben sie die Möglichkeit, Solarstrom und Batteriespeicherlösungen zu nutzen – darunter auch Systeme, die mit einem LiFePO4-Akku kompatibel sind.

Die beiden Optionen für die Heimstromspeicherung sind Festkörper- und LiFePO4-Akkus. LiFePO4-Akkus haben eine Zyklenlebensdauer von 3.000 bis 6.000 Zyklen, die sich unter optimalen Bedingungen sogar verlängern lässt. Dieser Batterietyp ist sicher für den häufigen Gebrauch und die gängigste Wahl für Energiespeichereinheiten.

Festkörperbatterien hingegen besitzen die 2,5-fache Energiedichte von LiFePO4-Akkus und können schneller geladen werden. Auch ihre Zyklenlebensdauer ist länger. Allerdings ist diese Technologie für den allgemeinen Markt noch nicht verfügbar, während LiFePO4-Akkus bereits leicht zugänglich sind.

Lithium-Eisenphosphat-(LiFePO4)-Akkueinheiten verwenden Olivin-Kathoden, die eine starke Struktur besitzen und während der Lithium-Ionen-Diffusion stabil bleiben. LiFePO4-Akkus haben zudem eine lange Lebensdauer. Das Laden von LiFePO4-Akkus laden dauert in der Regel einige Stunden bis zu einem Tag, abhängig von der Energiequelle.

12V-LiFePO4-Akkueinheiten werden in Wohnmobilen und kleinen Heimenergiespeichersystemen eingesetzt und haben einen Spannungsbereich von 10 bis 14,6 Volt. 48V-LiFePO4-Akkus hingegen eignen sich hervorragend für größere Haushalte und verfügen über einen Spannungsbereich von 56,8 bis 58,4 Volt.

Ein Beispiel für ein Produkt, das LFP-Akkus nutzt, ist PowerOcean – eine innovative Lösung für Solarbatterien und Energiespeicherung im Haushalt. LFP-Akkus sind sicher und zuverlässig und ermöglichen es PowerOcean, auch nach häufigem Einsatz eine starke Leistung zu erbringen. PowerOcean ist sowohl als Einphasen- als auch als Dreiphasenlösung erhältlich, abhängig vom Stromverbrauch und der Netzkompatibilität.

Festkörperbatterien verwenden feste Elektrolyte, um Ionen zwischen den Elektroden zu leiten. Die Festkörpertechnologie ist eine relativ neue Form der Energiespeicherung, die noch erforscht und weiterentwickelt wird.

Diese Batterien nutzen Lithium-Metall-Anoden, die eine längere Lebensdauer, schnelleres Laden und verbesserte Sicherheitsmaßnahmen bieten. Allerdings sind Lithium-Anoden anfällig für Dendritenwachstum. Dendriten durchdringen den Elektrolyten und verursachen Kurzschlüsse, Überhitzung und andere Defekte. Die Unterdrückung von Dendriten wird derzeit erforscht, wobei Experten mit verschiedenen Verbindungen experimentieren.

Forschende aus den USA, Japan und Südkorea entwickeln weiterhin Festkörperbatterien. Obwohl diese Technologie vielversprechend ist, ist sie noch nicht weitläufig auf dem Markt verfügbar.

Welche Batterie Ihre Heimstromspeicherung antreiben sollte, hängt von ihrer Gesamtleistung und ihren Vorteilen ab. Hier sind die wichtigsten Faktoren für beide Batterietypen:

LiFePO4-Akkueinheiten haben eine Energiedichte von 90 bis 160 Wh/kg. Festkörperbatterien hingegen erreichen 300 bis 800 Wh/kg. LFP-Akkus mögen eine geringere Energiedichte haben, sind aber stabiler und sofort verfügbar. Festkörperbatterien sind noch nicht für den öffentlichen Verbrauch verfügbar – große Unternehmen streben die Massenproduktion für 2029 an.

LiFePO4-Akkus haben eine Zyklenlebensdauer von 3.000 bis 6.000 Zyklen, je nach Modell. LFPs können zudem über 10 Jahre halten – abhängig von Nutzung und Umgebung.

Festkörperbatterien zeigen eine verbesserte Lebensdauer von etwa 8.000 Zyklen. Allerdings testen Hersteller noch unter realen Bedingungen, um die tatsächliche Haltbarkeit festzustellen.

LFP-Akkus haben eine typische C-Rate von 0,2 bis 1C für Energiespeicher und 10C für anspruchsvollere Anwendungen. Das Laden von LiFePO4-Akkus für Energiespeichereinheiten dauert in der Regel einige Stunden bis zu einem Tag.

Die Ladegeschwindigkeit von Festkörperbatterien hängt davon ab, ob sie neu sind oder ob sich bereits Dendriten gebildet haben. Mit zunehmendem Dendritenwachstum verlangsamt sich der Ladeprozess.

LiFePO4-Akkueinheiten haben im Vergleich zu anderen Optionen ein geringeres Risiko des thermischen Durchgehens. Dies liegt daran, dass LFPs eine höhere Schwelle besitzen. Externe Faktoren können zwar thermisches Durchgehen verursachen, doch es breitet sich nicht selbständig weiter aus.

SSBs hingegen besitzen eine bessere interne Hitzebeständigkeit. Ihre geringere Entflammbarkeit beruht darauf, dass keine flüssigen, brennbaren Ionen enthalten sind. Allerdings sind sie aufgrund der festen Elektrolyte anfällig für mechanische Spannungen und Schnittstellenprobleme.

LFPs sind für die breite Öffentlichkeit leicht verfügbar, während SSBs sich noch in der Entwicklung befinden. Einige Unternehmen bauen derzeit erst ihre Produktionsstätten für Festkörperbatterien.

LiFePO4-Akkus sind in der Herstellung ausgereift und gelten als fertiges Produkt – im Gegensatz zu Festkörperoptionen, die noch getestet werden. Beim Preis pro kWh liegen LiFePO4-Akkus bei rund 70 € pro kWh, was sie kosteneffizienter macht als andere Lithium-Ionen-Batterien. Für SSBs wird bis 2028 ein Preis von ca.110€ pro kWh prognostiziert.

Insgesamt sind LFPs sofort verfügbar und deutlich günstiger. SSBs hingegen werden voraussichtlich erst ab 2029 massenhaft erhältlich sein.

Batteriemanagementsysteme (BMS) sind elektronische Lösungen, die die sichere Nutzung und Langlebigkeit wiederaufladbarer Akkus gewährleisten. Das BMS überwacht verschiedene Zustände und schützt die Batterie. LFP-Akkus sind in der Regel mit Wechselrichtern kompatibel – es ist jedoch ratsam, die Kompatibilität mit Spannung, Strom und Kommunikationsprotokollen zu prüfen.

LFPs werden oft mit PV-Systemen kombiniert, da sie langlebig, sicher und zuverlässig sind. Sie eignen sich sowohl für netzgebundene als auch für netzunabhängige Systeme und sind zudem eine ausgezeichnete Wahl als Notstromquelle.

Bei der Installation eines LiFePO4-Akkus empfiehlt es sich, Zertifizierungen wie IEC 62619 und VDE 2510-50 / VDE-AR-E 2510-2 zu beachten. Dies sind die empfohlenen Sicherheitsstandards für LFPs und Energiespeicher in Europa, einschließlich Deutschland.

LiFePO4-Akkus können recycelt werden, indem verschiedene chemische Bestandteile wie Phosphat, Eisen und Lithium extrahiert werden. Diese können für andere Anwendungen wiederverwendet werden. Festkörperbatterien haben hingegen eine andere Struktur. Forschende untersuchen derzeit, wie SSBs am Ende ihrer Lebensdauer recycelt werden können – mögliche Ansätze sind Resynthese oder Direktrecycling.

Derzeit sind LiFePO4-Akkueinheiten die beste Wahl für Hausbesitzer.

Festkörperbatterien befinden sich noch in der Entwicklung und haben weiterhin Herausforderungen wie Schnittstellenstabilität und niedrige Fertigungsausbeuten. LFPs hingegen sind sofort für die breite Öffentlichkeit verfügbar. SSBs eignen sich eher für Hochleistungsmärkte, sind aber noch nicht für Hausbesitzer erhältlich.

Die meisten PV-Systeme sind bereits mit LFPs kompatibel.

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○ LFPs haben höhere Anschaffungskosten, müssen aber aufgrund ihrer langen Lebensdauer seltener ersetzt werden.

○ Sie sind vielversprechend, werden aber noch erforscht – insbesondere wegen Problemen wie Dendritenbildung.

○ SSBs haben noch immer Probleme bei der Herstellung und Skalierung, weshalb sie teuer und nicht massentauglich sind.