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In 10 Minuten aufgeladen und unschlagbar bei tiefen Temperaturen: LTO-Batterien

Shengquan | xx.10.2020

Batterien in Lithium-Ionen Technologie wie Lithium-Mangan oder Lithium-Kobalt-Dioxid verfügen über eine hohe Energiedichte haben jedoch ihre bekannten Schwächen. Das ist zum einen die Alterung, ein schleichender Kapazitätsverlust, der nach 1000 bis 2000 Lade-/Entladezyklen die Batterie unbrauchbar werden lässt. Zum anderen kann die Batterie optimal nur im Bereich der Zimmertemperatur betrieben werden, ein Einsatz bei tiefen Temperaturen schränkt die Leistungsfähigkeit stark ein bzw. erfordert eine integrierte Heizung. Empfindlich reagieren die Akkumulatoren auf Überladung und Tiefentladung, so dass eine prozessorgesteuerte und daher aufwendige Ladeelektronik notwendig ist.

Eine Alternative ist die Lithium-Titanat-Oxid-Batterie (kurz LTO-Batterie). Sie gehört ebenfalls zu den Lithium-Ionen Akkumulatoren. Bei ihr ist die negative Graphit-Elektrode durch eine gesinterte Elektrode aus einem Titan-Spinell (Li4Ti5O12) ersetzt. Die Lithiumtitanat-Elektrode weist mit einem Faktor 30 eine wesentlich höhere wirksame Oberfläche auf als eine Graphit-Elektrode. Aus diesem Grund können sehr hohe Lade- und Entladeströme im Bereich größer 10C* realisiert werden. Somit liegt die Leistungsdichte bei rund 1.200-3.500W/kg (2.700-7.500W/liter). Die Energiedichte mit 70-90Wh/kg (120-200Wh/liter) ist dagegen niedriger und liegt im Bereich der von herkömmlichen Bleiakkumulatoren.

Die chemische Bindung des Lithiums im Titanat ist relativ stark. Das verhindert die Ausprägung einer isolierenden Schicht auf der LTO-Elektrode, was bei der Graphit-Elektrode herkömmlicher Lithium-Ionen-Akkumulatoren die Alterung fördert. Die Lebenszeit von LTO-Batterien wird mit 15.000 bis 20.000 Lade-/Entladezyklen angegeben und ist entsprechend hoch. Eine LTO Batterie kann problemlos innerhalb rund 10 Minuten vollgeladen werden. Der Vorteil ist, dass sich eine Be- und Entladung mit den maximalen Leistungen sich nicht so gravierend auf die Alterung auswirkt wie bei Lithium-Ionen-Akkumulatoren.

LTO-Batterien sind unkompliziert in der Handhabung und verhalten sich wie ein Kondensator. Eine Tiefentladung ist unkritisch und eine Überladung ist nicht möglich. Somit wird keine aufwendige Ladeelektronik und -steuerung benötigt. LTO-Batterien können mit einer einfachen und stabilen Gleichspannungsquelle aufgeladen werden. Weil das Titanat nicht mit Oxiden aus der negativen Elektrode reagieren kann, wird bei dieser Art von Lithium-Batterie das "thermische Durchgehen" verhindert, auch bei mechanischen Schäden. Der Gebrauch von LTO-Batterien bei tiefen Temperaturen ist problemlos möglich, eine Minderung der Leistung ist erst unterhalb von ca. -20°C bemerkbar, zum Teil werden LTO-Batterien bis -40°C spezifiziert.

LTO-Batteriezellen haben im Allgemeinen eine Nennspannung von 2,4V. Wie bei allen anderen Batterien ist es notwendig für höhere Spannungen und Kapazitäten Zellen in Serie oder parallel zu verschalten. In diesem Fall ist ein Batteriemanagementsystem (BMS) notwendig, welches die Ladezustände der einzelnen Zellen ausgleicht (Balancing).

Der Einsatz von LTO-Batterien ist überall dort interessant wo die vorteilhaften Eigenschaften der Schnellladung, die hohe Leistungsdichte, der Betrieb bei tiefen Temperaturen und die Langlebigkeit insgesamt oder in Teilen ausgespielt werden können.

Der Hersteller Shengquan bietet eine Reihe unterschiedlicher Zellgrößen an. Darüber hinaus ist es möglich kundenspezifische Batteriepacks anzufragen. Batteriepacks für Standardanwendungen und -spannungen sind in der Entwicklung. Der Hersteller kündigte diese bis zum Beginn 2021 an.

Anwendungsgebiet

  • Pufferspeicher im Bereich erneuerbare Energien und Stromversorgungen allgemein
  • Batteriebetriebene Anwendungen mit hohen Nutzungsgraden im gewerblichen Bereich
  • Zwischenspeicher aus Rekuperation

Hauptmerkmale (Zellen)

  • Nennspannung 2,4V
  • Energiedichte 50 bis ≥80Wh/kg
  • Spitzenströme bis 450A
  • Bis 25.000 Lade/Entladezyklen

Anwendernutzen

  • Lange Lebensdauer
  • Tiefentladefähig
  • Keine Überladung möglich
  • Betrieb bei tiefen Temperaturen ohne zusätzliche Maßnahmen
  • Einfache Handhabung

Übersicht LTO-Batteriezellen

 SQT-32700HSQT-32145BSQT-32145HSQT-32137H
Kapazität5,0Ah6,0Ah10,0Ah30,0Ah
Nennspannung2,4V2,4V2,4V2,4V
Ladeschlussspannung2,8V2,8V2,8V2,8V
Maximal Entladespannung1,5V1,5V1,5V1,5V
Lade-/Entladezyklen (25°C, 1C)20.00025.00020.00015.000
Bauform (D x L)33,5 x 70mm33,5 x 145mm33,5 x 145mm60 x 137mm
Energiedichte≥83Wh/kg≥50Wh/kg≥84Wh/kg≥82Wh/kg
Betriebstemperatur-40 bis +60°C-40 bis +60°C-40 bis +60°C-40 bis +60°C
Gewicht130g280g285g850g
Kurzzeitiger max. Lade-/Entladestrom (10s)50A360A100A300A
Kontinuierlicher Entladestrom20A120A40A180A
Kontinuierlicher Ladestrom20A60A40A120A
Schnellste Ladezeit ≥90%10min2min10min15min
DatenblattSQT-32700HSQT-32145BSQT-32145HSQT-32137H

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Verfügbare Muster

Artikelnummer Beschreibung Hersteller Stückzahl
SGT_32145H_6Ah.jpg SQT-32145B-M LTO Batterie 2.4V 6Ah screwterm., kostenpflichtige Muster Datenblatt Shengquan 10 Muster anfordern
SGT_32145H_10Ah.jpg SQT-32145H-M LTO Batterie 2.4V 10Ah screwterm., kostenpflichtige Muster Datenblatt Shengquan 10 Muster anfordern
SGT_60137_screw.jpg SQT-60137H-M LTO Batterie 2.4V 30Ah screwterm., kostenpflichtige Muster Datenblatt Shengquan 10 Muster anfordern

*C-Faktor: Dieser ist eine (umgangssprachliche) Dimensionierung für Lade- und Entladeströme für Akkumulatoren in Abhängigkeit von der Nennkapazität. Der C-Faktor ist der Quotient des maximalen Lade- oder Entladestroms durch die Nennkapazität. Die Dimension ist 1/s oder im regulären Gebrauch 1/h. Beispiel: Die Ladung oder Entladung mit "1C" bedeutet, dass ein Akkumulator mit einer Nennkapazität von 100Ah mit einem Strom von 100A geladen oder entladen werden kann.

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