Die chinesischen Batterien haben eine große Kapazität, und sie können nicht in Samsung- und iPhone-Geräten verwendet werden.

Wenn man über das kürzlich letzte Woche veröffentlichte Samsung Galaxy Z Fold7 spricht und von den Preisen abgesehen wird, die bei 13.999 Yuan anfangen, sind zwei Daten am heißesten diskutiert worden:

Bei einer Dicke von 8,9 mm hat jeder applaudiert; bei einer Batteriekapazität von 4400 mAh hat es in den Kommentaren großen Lärm gemacht.

Wenn man sich die chinesischen Smartphone-Marken ansieht, ist eine Batteriekapazität von 6000 mAh fast zum Standard für Flaggschiffmodelle geworden. Manche Smartphones haben sogar bald die Kapazität einiger Powerbanks erreicht.

Wenn man sich jedoch die beiden großen Marken Apple und Samsung ansieht, die zwar die Branchenstandards definieren und vorantreiben, fehlt es ihnen aber an Leistung bei der Ladung und der Akkulaufzeit. Am Ende lässt sich das alles in einem Satz zusammenfassen:

Du bist ein guter Begleiter, aber leider nur mit 4400 mAh.

Is es wirklich so einfach, wie es auf den ersten Blick scheint? Apple und Samsung investieren jedes Jahr zusammen mehr als 50 Milliarden US-Dollar in die Forschung und Entwicklung. Könnte es wirklich nur daran liegen, dass sie keine großen Batterien verwenden wollen?

— Natürlich nicht. Laut einer Studie von ifanr sieht die Situation bei der Batteriekapazität in den letzten Jahren so aus:

Der heftige Wettlauf um bessere technische Parameter auf dem chinesischen Markt, die hohen Ansprüche der Verbraucher und die erfolgreiche Umsetzung von Fortschritten in der Batterie-Industrie haben gemeinsam dazu geführt, dass Hochleistungsbatterien mit hoher Energiedichte, wie Silizium-Kohlenstoff-Batterien, in chinesischen Smartphones weit verbreitet sind.

Aber in den wichtigsten internationalen Märkten, wie den USA, wird die Batteriekapazität von Smartphones auf 20 Wattstunden pro Einzelzelle begrenzt. Sobald diese Grenze überschritten wird, steigen die Logistik- und Compliance-Kosten erheblich. Deshalb können die internationalen Modelle westlicher Marken und chinesischer Hersteller meist nicht über die 20-Wattstunden-Grenze hinausgehen.

Chinesische Hersteller, die hauptsächlich im Inland verkaufen, können die zusätzlichen Logistik- und Zeitkosten, die durch große Batterien entstehen (z. B. dass die Smartphones nur per Landtransport verschickt werden können und nicht per Luftfracht), besser verkraften.

Silizium-Kohlenstoff-Batterien können zwar eine sehr hohe Energiedichte erreichen, aber ihre Haltbarkeit und Sicherheit müssen noch überprüft werden.

Neue Batterietechnologien in China

In den letzten ein bis zwei Jahren hat es in der Batterietechnologie für chinesische Smartphones einen großen Sprung gegeben. Nur im ersten Halbjahr dieses Jahres haben wir gesehen, dass die Bildflaggschiffmodelle von Huawei, Xiaomi, OPPO und VIVO sich einer Kapazität von 6000 mAh genähert oder diese erreicht haben. Kleinere Klappmodelle haben die 5000-mAh-Grenze überschritten, und die Mittel- und unterklassigen Modelle nähern sich einer Kapazität von über 7000 mAh. Man könnte diese Smartphones fast als telefonische Powerbanks bezeichnen.

Es steht außer Frage, dass die chinesischen Verbraucher dieses Jahres die leistungsstärksten Smartphones mit der größten Batteriekapazität auf der Welt nutzen und damit allen anderen Ländern überlegen sind.

Bild | Xiaomi-Website

Den Grund für diesen dynamischen Fortschritt liegt natürlich in den rasant fortschreitenden Hochleistungs-Silizium-Kohlenstoff-Lithium-Ionen-Batterien. In einem Bericht über die Batteriebranche, der Anfang dieses Jahres von der Tianfeng Securities veröffentlicht wurde, heißt es:

Der Trend, Silizium in Smartphone-Batterien zu verwenden, ist deutlich. Der Anteil liegt zwischen 5 und 10 % und ist nicht auf High-End-Modelle beschränkt. Seit Anfang dieses Jahres haben Unternehmen wie Huawei, VIVO, OPPO, Honor, OnePlus und Xiaomi Smartphones mit Silizium-Anoden-Batterien auf den Markt gebracht. Der Trend, diese Technologie auch in Mittel- und unterklassigen Modellen einzusetzen, ist deutlich, was zu einem deutlichen Anstieg des Verbrauchs von Silizium-Kohlenstoff-Anoden führt.

Da die spezifische Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien mit Graphit-Anoden sich bereits dem theoretischen Limit nähert, kann die Silizium-Anode die theoretische Obergrenze von 372 mAh/g bei Graphit fast um das Zehnfache auf 4200 mAh/g erhöhen.

Was bedeutet es, dass die theoretische spezifische Kapazität um das Zehnfache gesteigert werden kann?

Das bedeutet, dass die Energiedichte jeder Einzelzelle sprunghaft steigt. Dieser Fortschritt ist für kleine elektronische Geräte wie Smartphones von entscheidender Bedeutung. Diese Verbesserungen in den mAh-Werten können auch in Marketingdaten umgewandelt werden, was für den chinesischen Smartphone-Markt, der sich in einem harten Wettlauf befindet, von größter Wichtigkeit ist.

Bild | IDC

Warum nutzen ausländische Märkte nicht die guten Dinge aus China?

Denkst du, dass Apple und Samsung, die jedes Jahr Milliarden in die Forschung investieren, nicht wissen, dass große Batterien besser sind oder die Technologie für große Batterien fehlt?

Offensichtlich nicht.

Silizium-Kohlenstoff-Batterien sind nicht von chinesischen Unternehmen monopoliert. Tatsächlich verfügen japanische und südkoreanische Unternehmen wie Shin-Etsu Chemical, 3DC Co., Ltd., SK Materials (eine Tochtergesellschaft der SK Group) und POSCO Silicon Solution über viele Patente zu Silizium-Kohlenstoff-Anoden und haben einen erheblichen Einfluss auf die Forschung und Produktion:

Die Silizium-Kohlenstoff-Anoden-Fabrik in Sangju, Südkorea, gegründet als Joint Venture zwischen SK Materials und der US-amerikanischen Silizium-Kohlenstoff-Material-Firma Group14

Warum sehen wir dann keine Smartphones von Apple und Samsung mit einer Batteriekapazität von 5000 oder 6000 mAh?

Tatsächlich ist es eine andere Regelung, die Apple und Samsung an der Nase herumführt: Die "Empfehlungen für den Transport gefährlicher Güter" der Vereinten Nationen. Genauer gesagt, ist es die Sonderbestimmung Nr. 188 (UN Special Provision 188).

Diese Bestimmung besagt:

1.

Wenn die Kapazität einer einzelnen Lithium-Ionen-Zelle weniger als 20 Wattstunden beträgt, wird sie als "Kleinstbatterie" angesehen und kann einfachen und kostengünstigen Transportregeln folgen.

2.

Sobald die Kapazität einer einzelnen Zelle 20 Wattstunden überschreitet, wird die Batterie in die Kategorie der "gefährlichen Güter" eingestuft. Bei internationalen Transporten müssen strenge Vorschriften für Verpackung, Etikettierung, Anmeldung und Schutzmaßnahmen beachtet werden, was die Transportkosten sprunghaft steigen lässt.

Von links nach rechts: Der Ladungs-Code für Lithium-Ionen-Batterien UN3480, die Güterklasse 9 "Sonstige gefährliche Güter", nur für Frachtflugzeuge geeignet | Epec

Das Smartphone ist natürlich am stärksten von dieser Sonderbestimmung betroffen, wie z. B. das iPhone und das Samsung Galaxy sowie die internationalen Modelle chinesischer Hersteller.

Für Apple und Samsung, die jedes Jahr über 200 Millionen Smartphones weltweit transportieren müssen, müssen sie die Gesamtenergie der Batterie auf unter 20 Wattstunden begrenzen, wenn sie nicht möchten, dass ihre Transportkosten sprunghaft steigen.

Tatsächlich tun sie auch genau das.

Nehmen wir das iPhone 16 Pro Max als Beispiel. Es verwendet eine 4685-mAh-Batterie mit einer Nennspannung von 3,88 V, was einer Energie von 18,17 Wattstunden entspricht.

Entsprechend beträgt die Gesamtenergie der Batterie des S25 Ultra 18,84 Wattstunden.

Die 4400-mAh-Batterie des von vielen Netizens verspotteten Z Fold7 hat eine Gesamtenergie von 17 Wattstunden.

Man sollte verstehen, dass es Apple und Samsung nicht daran liegt, dass sie keine großen Batterien kaufen können, sondern dass sie stärker auf die Märkte außerhalb Chinas achten müssen. Um die Logistikkosten in Grenzen zu halten und die Gewinnmarge aufrechtzuerhalten, um die Forschung und Entwicklung aufrechtzuerhalten, müssen sie sich für die Route der kleinen Batterien entscheiden.

Die Welt ist hart, und Apple und Samsung möchten mehr verdienen.

Natürlich ist die internationale Gefahrgut-Transportvorschrift nicht die einzige Ursache, warum Apple und Samsung an der 20-Wattstunden-Grenze festhalten. Als globale Unternehmen mit einem riesigen Geschäftsvolumen streben sie in ihrer Produktentwicklung und Einkaufsstrategie natürlich zu konservativen Lösungen. Dies betrifft auch die Batterietechnologie - insbesondere Samsung, das sicherlich nicht noch einmal den Albtraum des explodierenden Note 7 erleben möchte...

Wie auch immer, solange die internationale Logistik-Sicherheitsregelung nicht gelockert wird, ist es unwahrscheinlich, dass es in den nächsten ein bis zwei Jahren einen großen Sprung bei den Smartphone-Batterien von Apple und Samsung geben wird.

Hier möchte ich aber einen Nebensatz einfügen: Obwohl die Batterie des Samsung Z Fold7 klein ist, ist ihre Leistung sehr beeindruckend: Nach 2000 Ladezyklen beträgt die verfügbare Kapazität immer noch über 80 % - weit über der von der EU vorgeschriebenen Mindestgrenze von 800 Zyklen.

Die Haltbarkeit der Batterie ist genau das, was bei der Silizium-Kohlenstoff-Batterietechnologie, die von chinesischen Herstellern gerne eingesetzt wird, noch abzuwarten ist.

SM-F966B/DS ist das europäische Modell des Samsung Z Fold7. Die 80%-ige Restkapazität nach 2000 Zyklen ist links unten angegeben | Epec

Die Gegenwart der Silizium-Kohlenstoff-Batterie ist nur der Anfang

Obwohl die Silizium-Kohlenstoff-Batterietechnologie derzeit eine sehr hohe Energiedichte erreichen kann, bringt sie auch zwei noch ungelöste Probleme mit sich:

Die physikalische Expansion der Silizium-Anode und die verkürzte Zyklenlebensdauer.

Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial für Lithium-Ionen-Batterie-Anoden | Novarials

Wie in einem früheren Artikel von ifanr über Powerbanks erwähnt wurde, verwenden derzeit die meisten Lithium-Ionen-Batterien Graphit als Anodenmaterial. Die Silizium-Kohlenstoff-Batterie ersetzt das Graphit durch ein Silizium-haltiges Kohlenstoff (Graphit)-Verbundmaterial.

Aber Silizium expandiert während des Ladevorgangs stark. Obwohl die Expansionsrate des Verbundmaterials nicht so extrem wie die von reinen Silizium-Anoden mit 400 % ist, ist sie dennoch viel höher als die von Graphit mit nur 10 %. Das Problem der Materialermüdung, das durch die wiederholte Expansion und Kontraktion im Laufe der Zeit entsteht, kann nicht ignoriert werden.

Du möchtest sicher nicht, dass dein Smartphone so aussieht, oder? | Tom's Guide

Andererseits ist die chemische Aktivität von Silizium in Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterialien höher als die von Graphit. Es kommt leichter zu chemischen Reaktionen mit dem Elektrolyten. Dies führt dazu, dass die "feste Elektrolyt-Grenzschicht" auf der Anodenoberfläche beim Lade- und Entladezyklus immer wieder bricht und neu gebildet wird, was den Verbrauch von Lithiumionen und Elektrolyt beschleunigt.

Die makroskopische Auswirkung dieses Verbrauchs ist, dass die verfügbare Kapazität der Silizium-Kohlenstoff-Batter