Die Batterie bei einem Elektroauto
Welche Technologie steckt dahinter?
Die Akkutechnologie, die hinter einer Batterie bei Elektroautos steckt, ist deckungsgleich mit der in Smartphones oder Notebooks: die sogenannte Lithium-Ionen-Batterie. Ihr Vorteil gegenüber anderen Typen ist die enorm hohe Energie- und Leistungsdichte. Genau aus diesem Grund hat sich die Technologie auch für den Akku der Elektroautos durchgesetzt.
Batterie ist ein Begriff, den wir häufig benutzen. Die sogenannte Primärbatterie verfügt über einen chemischen Energiespeicher sowie einen chemisch-elektrischen Wandler, weshalb sie nicht wieder aufgeladen werden kann.
Bei der "Batterie" in einem Elektrofahrzeug ist jedoch der Akkumulator gemeint – auch Akku oder Sekundärbatterie genannt. Er verfügt über einen weiteren Wandler, weshalb der Akku im Gegensatz zur Primärbatterie mit nur einem Wandler auch wieder aufgeladen werden kann.
Häufig werden die beiden Begriffe "Akku" und "Batterie" fälschlicherweise synonym verwendet.
In den meisten Elektrofahrzeugen sind moderne Lithium-Ionen-Akkus verbaut. Das liegt daran, dass dieser Akkutyp wesentliche Vorteile im Vergleich zu anderen Akkus aufweist.
Dazu zählen:
- geringes Gewicht und Größe (ca. 60 % kleiner als bspw. Nickel-Cadmium-Akkus)
- geringe Selbstentladung (nur ca. 2 % Selbstentladung)
- hohe Lebensdauer (fast doppelt so hoch im Vergleich zu Nickel-Cadmium-Akkus)
- kein Memory-Effekt (kein Kapazitätsverlust durch viele Ladezyklen)
- beliebige Unterbrechung des Ladeprozesses
- hohe Energiedichte und Leistungsfähigkeit
- umweltverträglich (enthält keine giftigen Substanzen wie Quecksilber oder Blei)
- gute Hitzebeständigkeit
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Akkus speichern elektromechanische Energie innerhalb eines Gehäuses. Sie bestehen aus mehreren galvanischen Zellen, die in Reihe geschaltet werden. Der Ladevorgang funktioniert folgendermaßen: Die zugeführte elektrische Energie wird von der Batterie in chemische Energie umgewandelt und gespeichert.
Den Ladevorgang eines Akkus ist eine sogenannte Reduktions-Oxidations-Reaktion bzw. Redoxreaktion.
Bei einer solchen elektrochemischen Redoxreaktion werden von einem Stoff Elektronen abgegeben (Oxidation), die von einem anderen Stoff aufgenommen werden (Reduktion). Elektronen werden in den galvanischen Zellen in andere Energieformen umgewandelt werden, da sie nicht gespeichert werden können. In den Zellen befinden sich zwei Elektroden, die wiederum in einem ionisch leitenden Elektrolyt enthalten sind. Der Elektronenstrom fließt letztlich zwischen der Kathode (positiv geladen) und der Anode (negativ geladen). Getrennt werden sie von einem nicht leitfähigen Separator, den ausschließlich der Ionenstrom durchdringen kann. So wird ein Kurzschluss verhindert.
Wird daran ein externer Verbraucher angeschlossen, beispielsweise der Motor des Elektroautos, wird der gesamte Prozess umgekehrt und somit elektrische Energie freigesetzt. Die Folge: das Auto bewegt sich fort.
Die Lebensdauer der Akkus steht in direkter Relation zur Lebensdauer des Fahrzeugs selbst. Mit fortschreitender Nutzungsdauer entlädt sich eine Batterie sukzessive und verliert immer mehr an Speicherfähigkeit. Dabei spielt vor allem die Temperatur der Akkuzellen eine wesentliche Rolle. Bei zu hoher Umgebungstemperatur verlieren Lithium-Ionen-Akkus zunehmend an Leistung. Bei mehr als 30 Grad Celsius wird der Akku bereits stark belastet.
Laut den jeweiligen Herstellern liefern die Akkus nach etwa acht Jahren noch mindestens 80 % der anfänglichen Kapazität. Dabei soll es keine Rolle spielen, ob der Akku an einer haushaltsüblichen Steckdose oder an einer speziellen Schnellladestation für Elektroautos geladen wird.
Für Akkus, die ihre maximale Nutzungsdauer erreicht oder gar überschritten haben, gibt es die "Second-Life-Lösung". Die restliche Kapazität der alten Akkuzellen kann durch stationäre Energiespeicher für erneuerbare Energiequellen genutzt werden.
Bezüglich des Material-Recyclings gibt die EU mit ihrer Direktive 2006/66/EC vor, dass wenigstens 50 % des gesamten Batterieabfalls zu recyceln sind. Vor allem Materialien wie Nickel und Kobalt sollen dadurch wiedergewonnen werden. Das Lithium aus den beliebten Lithium-Ionen-Akkus wird aufgrund seiner hohen Wiederverwertungskosten allerdings nur selten recycelt.
Laut den jeweiligen Herstellern liefern die Akkus nach etwa acht Jahren noch mindestens 80 % der anfänglichen Kapazität. Dabei soll es keine Rolle spielen, ob der Akku an einer haushaltsüblichen Steckdose oder an einer speziellen Schnellladestation für Elektroautos geladen wird.
Durch das Schnellladen eines Akkus sollen laut Herstellerangaben der Elektrofahrzeuge binnen 30 Minuten bis zu 80 % der maximalen Akkukapazität erreicht werden. Eine Schnellladung kann den Akku jedoch unterschiedlich stark belasten. Es kann gegebenenfalls zur Überhitzung kommen und somit langfristig den Energiespeicher des Akkus reduzieren.
Tritt der Fall einer sogenannten Batteriedegradation ein, würde daraus wirtschaftlicher Schaden am Akku resultieren. Bei verstärktem Einsatz von Schnellladestationen wäre eine Preissteigerung der Akkus, der Ladestationen selbst und der gesamten zugehörigen Peripherie die Folge.
Die Ursache für die aktuell hohen Anschaffungskosten der Elektroautos ist deren Akku, denn für deren Herstellung fallen enorme Kosten an. Die Produktion eines Akkus mit nur einer Kilowattstunde (kWh) liegt ca. bei 200 €. Die meisten Akkus für Elektrofahrzeuge haben eine Kapazität von etwa 60 kWh. Das führt zu Herstellungskosten von insgesamt rund 12.000 Euro.
In den letzten Jahren ist jedoch ein Preisverfall der Akkus von ca. 80 % festzustellen. Künftig ist also mit weiteren Preissenkungen der Akkus und somit der Elektroautos selbst zu rechnen.
