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Michael Langenwalter
Die neuesten Entwicklungen
Batterien für Elektroautos
aktualisiert am 20.06.2023 9:30
Inhalt
Lithium-Ionen-Batterien: Wie ist der aktuelle Stand?
Mit der wichtigste Baustein für den Verkaufserfolg von Elektroautos sind die darin verbauten Akkus, also die wieder aufladbaren Batterien als Stromspeicher.
Dieser Batterie-Pack ist immer noch der weitaus teuerste Teil der E-Autos – und das trotz weiter sinkender Kosten bei der Herstellung. Die Lithium-Ionen-Batterien in den kleineren Elektromodellen kosten noch unter 10.000 Euro. Bei den großen SUV-Stromern mit deutlich größer dimensioniertem Batterie-Pack sind schnell 20.000 Euro erreicht.
Abgesehen vom Kostenfaktor kommt es bei den Batterien im Elektroauto vor allem auf diese 5 Punkte an:
- Reichweite
- Ladegeschwindigkeit
- Gewicht des Akkus
- Haltbarkeit
- Materialmix
Aktuell sind Elektroautos mit den meist verwendeten, nickelbasierten Lithium-Ionen-Akkus recht enge Grenzen gesetzt.
Eine Reichweite von bis zu 600 Kilometern mit einer Akkuladung, ein Gewicht von bis zu 700 Kilogramm für den kompletten Speicherbatterie-Pack und eine Energiedichte von bis zu 500 Wattstunden pro Kilogramm bilden aktuell die Rahmenbedingungen.
Dazu kommt, dass die Batterie eines Elektroauto derzeit nach 8 bis 10 Jahren ausgewechselt werden muss, da die Speicherfähigkeit der Akkus immer mehr nachlässt.
Was ist bei dieser Technik noch möglich?
Die Grenzen für Lithium-Ionen-Akkus sind aber anscheinend noch nach oben verschiebbar.
Die Verdopplung des Spannungsniveaus im E-Auto von bislang 400 Volt auf 800 Volt bietet einige Vorteile. So steigt etwa die Leistung des E-Auto, da die Verlustleistung geringer ausfällt als beim 400-Volt-System. Das zeigt sich vor allem beim Beschleunigen. Zudem kann eine Hochvolt-Batterie an einer Schnellladestation die Begrenzung auf 200 kW Ladeleistung umgehen und so schneller Strom „nachtanken”.
Ein anderer Ansatzpunkt zu mehr Leistung ist die Form der Batteriezellen. Diese ist mit entscheidend für die Energiedichte.
Häufig sind in Elektroautos sogenannte Pouchzellen ohne festes Außengehäuse im Einsatz. Andere Autobauer setzen auf prismatische Zellen oder zylindrische Zellen (Rundzellen).
Der China-Hersteller EVE hat eine neue Zelle mit einer um 50 Prozent höheren Energiedichte vorgestellt. Und das bei nur 20 Prozent zusätzlichem Gewicht. Das würde die Reichweite um gut 40 Prozent erhöhen.
Derzeit ist aber keine Tendenz zu erkennen, welches System sich am Ende durchsetzen wird.
Lithium-Ionen-Technik aktuell konkurrenzlos
Eine echte Alternative zur Lithium-Ionen-Technik bei den Speicherbatterien für Elektroautos gibt es aktuell noch nicht. Sie wird also zunächst weiter der Standard bleiben.
Welche Batterie-Systeme sind schon serienreif?
Zur Lithium-Ionen-Technik gibt es bereits alternative Systeme, die bereits in Serienfahrzeugen verbaut sind. Allen gemeinsam ist, dass diese in Sachen Energiedichte nicht an die Lithium-Ionen-Batterien heranreichen.
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So sind etwa beim Tesla Model 3 sowie beim Model Y mit Heckantrieb Akkus verbaut, die auf der Lithium-Eisenphosphat-Technik (LFP) basieren. VW will mit dem ID.2 in der Basisversion folgen.
LFP-Batterien kommen ohne die teuren Rohstoffe Nickel und Kobalt aus. Dem Manko der eingeschränkten Reichweite stehen bei LFP-Akkus eine deutlich längere Haltbarkeit, der höheren Betriebssicherheit sowie die niedrigeren Kosten gegenüber. - In China sind inzwischen erste Natrium-Ionen-Akkus in Serienfahrzeugen verbaut. Natrium ist im Gegensatz zu Lithium problemlos verfügbar. Allerdings ist die Energiedichte dieser Technologie deutlich schlechter.
Welche Akku-Systeme wären als Alternative möglich?
Es gibt in der Forschung zahlreiche Ansätze für einen anderen Komponenten-Mix der Speicherbatterie für E-Autos. Die Serienreife ist bei allen Optionen jedoch noch nicht erreicht.
Ein Ansatz ist, an Lithium festzuhalten, aber auf Schwefel als zweite Komponente zu setzen. Diese Kombination beim Akku soll sich durch eine besonders hohe Energiedichte auszeichnen.
Schwefel als zentralen Baustein nutzt auch der Aluminium-Schwefel-Akku, auf den Forscher am Massachusetts Institute of Technology (MIT) setzen. Dieser Ansatz würde die Kosten für einen Akku deutlich senken und hätte den Vorteil, dass die Batterie bei einer Überhitzung nicht Feuer fangen kann.
Metall-Luft-Batterien bieten eine hohe Energiedichte und höhere Reichweiten. Es gibt auch Metall-Schwefel-Akkus mit schwächerer Energiedichte oder Metall-Ionen-Akkus.
Was ist mit der Super-Batterie?
Fest statt flüssig – so sieht wohl die Super-Batterie der Zukunft aus.
Am Feststoff-Akku, der auf die gefährliche Elektrolyt-Flüssigkeit als Träger für die Ladungen zwischen den Elektroden zugunsten eines festen Stoffes verzichtet, arbeiten alle Autohersteller. Als feste Materialien kommen etwa Glas, Keramik oder Polymere zum Einsatz.
Feststoff-Akkus haben gegenüber Lithium-Ionen-Batterien einige Vorteile:
| Feststoffbatterien | Lithium-Ionen-Akkus |
|---|---|
| Kürzere Ladezeiten | Aktuell verfügbar |
| Größere Reichweite | Leistungsbereich wird ständig erhöht |
| Kleiner und damit Platzsparender | Ausgereifte Technik |
| Gute Lagerfähigkeit | Zunächst wird ein Kostenvorteil bleiben |
| Nicht entflammbar |
Es wird erwartet, dass diese Technik zwischen 2025 und 2030 verfügbar sein wird. Bis sich die Feststoffzellen-Technik auf breiter Basis durchsetzt, wird es aber noch etwas dauern.
Aktualisiert am 20.06.2023 09:30 Uhr
