Donut Lab Feststoffbatterie: Was der VTT-Schnellladetest wirklich zeigt

Das finnische Forschungszentrum VTT hat die Ladeperformance der Donut-Lab-Batteriezelle unabhängig geprüft. Die Ergebnisse im Detail.

Das VTT Technical Research Centre of Finland – vergleichbar mit der deutschen Fraunhofer-Gesellschaft – hat im Auftrag des finnischen Cleantech-Startups Donut Lab einen Schnellladetest an einer einzelnen Feststoffbatteriezelle durchgeführt. Der 12-seitige Prüfbericht (VTT-CR-00092-26) wurde von Research Engineer Jari Haavisto erstellt, von Research Professor Mikko Pihlatie geprüft und von Vizepräsident Petri Söderena digital unterzeichnet.

Wichtig vorab: Es handelt sich um einen sogenannten Customer Report. VTT hat die Tests nach dem Testplan des Auftraggebers durchgeführt. Die Zelle wurde von Donut Lab bereitgestellt. VTT bezeichnet den Prüfling durchgängig als „energy storage device, which the customer identified as solid-state battery cells“ – eine bewusst neutrale Formulierung ohne eigene Klassifizierung.


Cleanthinking hatte bereits zuvor über die Donut Lab Feststoffbatterie berichtet:

Die getestete Feststoffzelle

Laut den von Donut Lab angegebenen Spezifikationen handelt es sich um eine „Donut Solid State Battery V1“ mit folgenden Eckdaten:

  • 26 Amperestunden Nennkapazität,
  • 3,6 Volt Nennspannung,
  • 94 Wattstunden Energieinhalt,
  • maximale Ladespannung 4,3 Volt.
  • Die Messungen erfolgten auf einem PEC ACT0550 Batterietester mit einer Spannungsmessgenauigkeit von 0,005 Prozent.

Sämtliche Tests wurden an ein und derselben Zelle durchgeführt.

Zur Einordnung der Zellgröße: Wenn Wettbewerber wie StoreDot oder Nyobolt Schnellladeergebnisse präsentieren, handelt es sich typischerweise um Laborzellen mit 2 bis 4 Amperestunden. Die Donut-Lab-Zelle ist mit 26 Ah eine Größenordnung darüber und damit in einem für Fahrzeuganwendungen relevanten Bereich.

Referenzmessung für Performancetest

VTT führte zunächst Referenzzyklen bei 1C (26 Ampere) durch, um die Basiskapazität zu ermitteln. Die Zelle lieferte reproduzierbar rund 26 Ah beim Laden und 26,1 Ah beim Entladen – bei einer Entladeenergie von rund 91 Wh. Dass die geladene Kapazität nahezu vollständig wieder abrufbar war, ist ein relevantes Indiz: Viele alternative Zellkonzepte erreichen unter Extrembedingungen zwar hohe Ladeleistungen, geben die Energie aber nur mit erheblichen Verlusten wieder ab.

Schnellladetest bei 5C (130 Ampere)

Die Zelle wurde mit dem Fünffachen ihrer Nennkapazität geladen – 130 Ampere bis zur Spannungsgrenze von 4,3 Volt, danach Konstantspannungsladung bis 26 Ah erreicht waren. Getestet wurde mit zwei passiven Aluminium-Kühlkörpern (beidseitig) und mit nur einem (einseitig). Es gab keine aktive Temperaturkontrolle.

Ergebnisse: 80 Prozent Ladezustand in rund 9,5 Minuten, 100 Prozent in 12 bis 13,5 Minuten. Die maximale Oberflächentemperatur lag bei 47 Grad mit zwei Kühlkörpern und 61,5 Grad mit einem. Bei der anschließenden Entladung bei 1C standen 100 Prozent der geladenen Kapazität zur Verfügung. VTT schreibt in den Schlussfolgerungen:

Die Zelle wurde „erfolgreich mehr als 9 Minuten lang mit 5C geladen, und 100 % der geladenen Kapazität standen während der anschließenden Entladung zur Verfügung.“

Zur Einordnung: 5C liegt bereits am oberen Rand dessen, was die aktuelle Lithium-Ionen-Serientechnik mit aufwendiger aktiver Kühlung leistet. CATLs Shenxing-Batterie, derzeit einer der schnellsten Serien-Akkus, erreicht etwa 4C.

Schnellladetest bei 11C (286 Ampere)

Im zweiten Durchlauf des Performancetests wurde die Laderate auf 11C erhöht – 286 Ampere durch eine einzelne Zelle. Eine herkömmliche Lithium-Ionen-Zelle würde bei dieser Belastung massiven Schaden nehmen oder thermisch durchgehen.

Ergebnisse mit zwei Kühlkörpern: 80 Prozent in 293 Sekunden (knapp 5 Minuten), 100 Prozent in 477 Sekunden (knapp 8 Minuten). Oberflächentemperatur maximal 63 Grad. Entladekapazität: 25,894 Ah von 26 Ah geladen – ein Erhalt von 99,6 Prozent.

Mit nur einem Kühlkörper wurde es kritisch: Beim zweiten 11C-Test (Test Nummer 6) musste der Versuch abgebrochen werden, als die Oberflächentemperatur das Sicherheitslimit von 90 Grad erreichte. Nach einer vierminütigen Abkühlphase wurde die Zelle besser am Kühlkörper fixiert und der Test wiederholt.

Beim dritten Durchlauf (Test Nummer 7) blieb die Temperatur mit 89 Grad knapp unter dem Limit. 80 Prozent wurden in 276 Sekunden erreicht – etwa 4,5 Minuten.

VTTs Fazit zum 11C-Test: Die Zelle wurde „erfolgreich mehr als 3 Minuten lang mit 11C geladen, wobei nach einer vollständigen Ladung 98,4–99,6 % der geladenen Kapazität zur Verfügung standen.“

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11C ist derzeit kein praxisnahes Szenario für Elektrofahrzeuge – weder existiert die Ladeinfrastruktur dafür, noch würde ein Hersteller ohne aktives Thermomanagement arbeiten. Allerdings zeigt der Test, dass die Zelle diese extreme Belastung ohne messbare Degradation übersteht. Mit aktiver Kühlung, wie sie in jedem Serienfahrzeug zum Einsatz kommt, dürfte die Performance eher besser ausfallen als in diesem Worst-Case-Szenario.

Was der Schnellladetest nicht zeigt

Der VTT-Report enthält keine Angaben zum Gewicht der Zelle – und damit keine Bestätigung der von Donut Lab beanspruchten Energiedichte von 400 Wh/kg. Ebenso fehlen Zyklentests zur behaupteten Lebensdauer von 100.000 Ladezyklen. Das Verhalten bei extremen Temperaturen (Donut Lab beansprucht minus 30 bis über 100 Grad) wurde nicht geprüft. VTT nimmt auch keine Aussage zur Zellchemie oder zur Klassifizierung als Batterie vor.

Donut Lab hat angekündigt, weitere VTT-Testergebnisse in den kommenden Wochen im Rahmen der „I Donut Believe“-Serie zu veröffentlichen. Erst danach dürfte es sich beurteilen lassen, ob die Zelle wirklich eine disruptive Innovation ist oder nicht.

Schnellladetest-Bericht von VTT: Download als PDF-Dokument

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