Was ist der Unterschied zwischen Kapazität und Energie?

Obwohl wir das Wort „Kapazität“ in alltäglichen Gesprächen verwenden, hat es für Batteriewissenschaftler eine besondere Bedeutung, die sich darauf auswirken kann, wie wir die Batterieleistung verstehen. Vereinfacht ausgedrückt beschreibt die Kapazität einer Batterie, wie viele Elektronen sie für eine spätere Verwendung speichern kann.

Die Kapazität einer Batterie sagt nicht aus, wie viel Energie sie speichert oder wie viel Reichweite sie liefern kann Selbst bei guter Kapazität ist es ohne Kenntnis der Spannung nicht möglich zu wissen, wie viel Energie die Batterie speichert. Dies liegt daran, dass eine höhere Spannung bei gegebener Kapazität mehr Energie liefert. Die Mathematik ist einfach:

Energie (Wattstunden) = Kapazität (Amperestunden) x Spannung (Volt)

Schauen wir uns ein Beispiel mit der obigen Gleichung an: Wenn eine Batterie eine Kapazität von 3 Amperestunden und eine durchschnittliche Spannung von 3,7 Volt hat, beträgt die in dieser Batterie gespeicherte Gesamtenergie 11,1 Wattstunden – 3 Amperestunden (Kapazität) x 3,7 Volt (Spannung) = 11,1 Wattstunden (Energie). Das reicht ungefähr aus, um ein Smartphone einen Tag lang mit Strom zu versorgen[1]; Tausende solcher Batterien bilden einen Batteriesatz für Elektrofahrzeuge.

Dieses Diagramm stellt eine Analogie dar, die den Unterschied zwischen Kapazität und Energie veranschaulicht. Die Kapazität wird durch die Wassermenge auf der Spitze des Hügels und die Spannung durch seine Höhe dargestellt. Die Energiegewinnung erfolgt durch die Mühle am Fuße des Hügels. Um zu wissen, wie viel Energie die Mühle verbrauchen kann, müssen Sie sowohl die Höhe als auch die Wassermenge kennen. Bei Batterien ist das Prinzip dasselbe; Die Spannung hat ebenso großen Einfluss auf die Energie einer Batterie wie ihre Kapazität.

Lebenszyklus: Energie oder Kapazität?

Bei Elektrofahrzeugen kann es nach vielen Ladezyklen zu einer Verringerung der Reichweite kommen (dieser Effekt wird als Lebensdauer gemessen). Dieses Ausbleichen kann durch Faktoren wie wiederholtes Schnellladen oder extreme Temperaturen verursacht werden. Aus diesem Grund unterzieht QuantumScape seine Akkus Tests über viele hundert Zyklen hinweg, mit hohen Ladegeschwindigkeiten und typischen Betriebsbedingungen.

Um die Nutzungsdauer einer Batterie vorherzusagen, muss man also verstehen, wie die Batterie mit der Zeit (oder über viele Zyklen) ihre Fähigkeit verliert, Energie zu speichern. Aus diesem Grund berichten wir bei Green Tech in unseren Lebensdauertests immer über die Beibehaltung der Entladungsenergie. Dies ist ein Maß dafür, wie viel Energie die Batterie pro Zyklus liefern kann, und bei unserer Batterie lässt dieser Wert sehr langsam nach: Nach 10.000 Zyklen kann unsere Batterie immer noch deutlich mehr als 80 % der ursprünglichen Energiemenge liefern.

Wenn Lebensdauertests nur die Kapazitätserhaltung und nicht die Energieerhaltung berücksichtigen, ist das nur die halbe Wahrheit Ohne zu wissen, wie sich die Spannung im Laufe der Zeit ändert, ist es unmöglich, den Unterschied zwischen einer Batterie, die Hunderte von Zyklen durchhält, und einer Batterie, die nach nur ein paar Dutzend Zyklen nahezu unbrauchbar ist, zu erkennen.

Dies ist wichtig, da die Beschleunigung der Elektrofahrzeugrevolution neue Batterien erfordert, die den Fahrern eine verbesserte Leistung bieten und gleichzeitig viele Ladezyklen über viele Jahre hinweg überstehen. Eine Batterie, die mehr Energie in ein Elektrofahrzeug packen kann, ist nicht sinnvoll, wenn diese Energie innerhalb weniger Monate schnell nachlässt, und eine Batterie, die sich schnell aufladen lässt, ist nicht sinnvoll, wenn schnelles Laden die Lebensdauer und den Wert des Fahrzeugs beeinträchtigt. Wenn Sie also das nächste Mal einen Akkubericht über die Lebensdauerleistung sehen, achten Sie darauf, zu prüfen, ob es sich um die tatsächliche Energie oder nur um die Kapazität handelt Wenn nur die Kapazität angegeben wird, haben Sie nicht alles, was Sie brauchen, um zu verstehen, wie die Batterie in einem realen Elektrofahrzeug mit der Zeit schwächer werden würde.