Wie ist die Funktionsweise der Batterie eines Elektroautos?
Akkus sind grundsätzlich Speicher von Strom und dabei für die Umwandlung von chemischer in elektrische Energie verantwortlich. Im Gegensatz zu üblichen Batterien können Akkus mehrfach in beide Richtungen Elektrizität aufnehmen und weitergeben. In den Stromspeichern von elektrisch betriebenen Autos sind viele einzelne Module mit vielen integrierten Zellen vorhanden. Diese Zellen sind die kleinsten Einheiten in dem System Akkus und sind von dem Bautyp ähnlich zu Akkus von Handys. Je nach der Anzahl von Zellen und Modulen wird die Kapazität des Akkus bestimmt.
In den Modellen von Elektrofahrzeugen werden zum Großteil Lithium-Ionen-Akkus verbaut. Diese werden aufgrund der sehr hohen Energie- und Leistungsdichte genutzt. Diese Akkus haben eine kompakte Bauweise bei einer gleichzeitig sehr hohen Kapazität.
Insofern eine Reparatur erforderlich ist, welche bei einer Ladefähigkeit von nur noch 70 Prozent realisiert werden sollte, kann sich ein Austausch von nur einem Modul lohnen. Mit dem Austausch eines einzelnen Moduls lassen sich die Kosten auf einen niedrigen vierstelligen Betrag reduzieren.
Um die Lebensdauer der Elektroauto-Batterie zu steigern, können verschiedene Maßnahmen realisiert werden:
Mit einer moderaten Fahrweise schonen Sie die Lebensdauer des Akkus. Grundsätzlich, aber insbesondere zu Beginn der Fahrt, wenn der Akku noch kalt ist, sollten längere Fahrten mit Vollgas vermieden werden. Das E-Auto mit einer Batterie sollte weder bei sehr hohen Temperaturen, noch bei Minusgraden draußen geparkt werden. Im Hochsommer wirkt sich ein schattiger Parkplatz/Standplatz und im Winter eine geschützte Garage positiv auf die Lebensdauer der Batterie aus. Weiterhin sollten längere Zeiten des Stillstands möglichst vermieden werden. Insofern eine lange Standzeit nicht vermeidbar ist, sollte das Fahrzeug an einem trockenen und geschützten Platz stehen und der Ladestand regelmäßig geprüft werden. Nachgeladen werden sollte in dieser Konstellation bestenfalls bei einem Stand von ca. 50 bis 60 Prozent.
Wie werden E-Auto-Batterien hergestellt?
Für die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien sind verschiedene Rohstoffe wie bspw. Lithium, Nickel, Kobalt, Grafit und Mangan notwendig. Der Abbau vieler dieser Rohstoffe findet in Ländern wie China, Chile, Argentinien, Bolivien oder Kongo statt. Teilweise fehlende Arbeitsschutzmaßnahmen und ökologische Folgen in diesen Ländern stellen einen Nachteil bei der Herstellung der Batterien dar. Insbesondere die seltenen Erden, welche bei der Herstellung von Batterien für Elektroautos erforderlich sind, gibt es weltweit nur in wenigen Gebieten. Aufgrund der mit der Herstellung verbundenen Probleme steigt der Fokus auf diese Aspekte und die Herstellung wird teilweise versucht in andere Länder wie Australien zu verlegen. Parallel dazu werden neue Herstellungsverfahren mit anderen Rohstoffen getestet.
Wie sieht die Zukunft der Elektroauto-Batterie aus?
Der nächste große Entwicklungsschritt sind die Akkus auf festen Stoffen. Damit soll die Reichweite deutlich erhöht werden. Mit einer höheren Energiedichte, einer geringen Komplexität sowie der günstigeren Herstellung gibt es weitere Vorteile. Die Feststoffbatterien sind zudem platzsparender. In den kommenden Jahren wird mit der fortschreitenden Entwicklung eine Reichweite von bis zu 1000 Kilometern mit einer Feststoffbatterie als realistisch betrachtet.
Da die aus festen Bestandteilen hergestellten Batterien ohne flüssige Elektrolyte gebaut sind, kann es nicht zum Auslaufen kommen und auch die Brandgefahr ist nicht mehr existent. Somit verringert sich der Aufwand für das Management der Temperaturen. Aktuell werden diese Typen von Batterien noch nicht genutzt, da die Ladedauer deutlich zu hoch ist.
Grundsätzlich sind die wesentlichen Parameter wie Laufleistung und Akkugarantien in den letzten Jahren stetig optimiert wurden. Mittlerweile bieten Hersteller bereits Sicherheiten für eine Elektroauto-Batterie von acht oder mehr Jahren bzw. eine Distanz von über 150.000 Kilometern pro Batterie an. Die Marke Lexus hat mit dem Elektroautomodell UX300e bereits zehn Jahr und eine Million Kilometer Fahrleistung zugesichert.
Die Kosten einer Batterie liegen aktuell bei einem Mitteklassewagen bei ca. 6.000 Euro. Für die Luxuswagen von Tesla liegen die Kosten für die Elektro-Autos bspw. bei mehr als 13.000 Euro. Zielsetzung mehrerer Unternehmen, wie zum Beispiel Volkswagen, ist die Reduzierung der Kosten für eine Batterie auf ca. 50 Prozent. Mit dem Bau von Gigafabriken haben sich dieses Ziel viele Autobauer zur Erzielung eines Wettbewerbsvorteils gesetzt.
Gemäß einer Studie der Unternehmens- und Strategieberatung McKinsey & Company sind die Kosten für einen E-Auto Akku bereits um 80 Prozent gesunken. Auch in Zukunft wird ein Hauptziel die Reduzierung der Kosten des teuersten Bauteils sein.
Wie können Batterien von Elektroautos recycelt werden?
Je nach Batterie haben die Akkus auch nach bis zu 2.500 Ladezyklen noch einen Energieinhalt von ca. 75 Prozent der vollständigen Kapazität. Somit wird bei einem durchschnittlichen Verbrauch nach ca. 20 Jahren ein zweites Leben der Batterien durchdacht werden sollte. Für die Batterien ist nach Ende des Einsatzes in einem E-Fahrzeug noch keine Entsorgung erforderlich. Die Nutzung nach dem ersten Leben im E-Auto kann bspw. als stationärer Speicher erfolgen. Der Automobilhersteller BMW hat diese Verwendung bereits erprobt und in einer Mischkonstellation alte und neue Akkus für die Speicherung von Solar- bzw. Windstrom gespeichert und weitergehend für die Herstellung genutzt. In anderen Pilotprojekten werden die ausgebauten Akkus in Großspeichern für den Ausgleich von Schwankungen im Stromnetz genutzt.
Die wertvollen Rohstoffe wie Lithium und Kobalt werden verwertet. Für ein wirtschaftlich sinnvolles Recycling gibt es aktuell noch zu wenige Elektroauto-Akkus, welche derzeit zum Recycling bereit sind. Auch vor dem Hintergrund der teilweise sehr giftigen Komponenten eines Lithium-Ionen-Akkus ist die Entsorgung komplex.
Mehrere Unternehmen haben bereits Anlagen zum Recycling von Batterien von Elektroautos gebaut, mit dem Ziel 90 bis 95 Prozent der wertvollen Rohstoffe umweltschonend zurück zu gewinnen.
Bei einer Batterie mit einem Gewicht von ca. 400 Kilogramm sind bspw. ca. vier Kilogramm Lithium, elf Kilogramm Mangan, je zwölf Kilogramm Kobalt und Nickel sowie dreiunddreißig Kilogramm Graphit enthalten.
Um einen wirtschaftlichen Prozess des Recyclings zu schaffen, ist ein Verfahren mit mehreren Schritten erforderlich. Die einzelnen Schritte wie die manuelle Demontage, das Sortieren, Schreddern und die Aufschmelzung sind bereits heute realisierbar. Aufgrund der Komplexität lohnt sich diese Verfahrenskette erst mit einer deutlich höheren Anzahl und einer hohen Automatisierung.
Ergänzend dazu sind die rechtlichen Parameter zu berücksichtigen. Gemäß dem Batteriegesetz von 2009 müssen 50 Prozent des Materialanteils wiederverwertet werden. Eine Recyclingmethode wird erst dann effektiv, wenn der Anteil deutlich in Richtung 90 Prozent erhöht wird. Aus diesen Gründen wird von vielen auch die Anpassung der Gesetzesgrundlage gefordert.
Das Elektroauto im Vergleich mit einem konventionellen Fahrzeug:
Im Rahmen der Herstellung eines elektrisch betriebenen PKWs entstehen aktuell deutlich höhere Energiekosten als bei einem konventionellen Auto. Je nach Energiequellen entstehen zwischen 70 bis 130 Prozent höhere Emissionen an Treibhausgasen als bei der Herstellung eines Benziners und Diesel. Schätzungen zufolge sind die Treibhausgasemissionen über den gesamten Nutzungszeitraum im Durchschnitt ca. 25 Prozent geringer.
Aktuell sind die Anschaffungskosten von Elektrofahrzeugen deutlich höher als konventionelle Autos. Aufgrund der weiterhin sinkenden Preise für die Batterien wird nach unterschiedlichen Studien kalkuliert, dass es zwischen 2022 und 2024 zu einem Preisgleichstand kommen wird.
Ab wann ein Elektroauto tatsächlich besser als ein Benziner oder Diesel ist, hängt von vielen Faktoren ab. Durch den Bonus bei der Anschaffung sind die Anschaffungskosten durch staatliche Anreize deutlich reduziert. Bei gleichzeitig stetig steigenden Reichweiten werden die Anforderungen der Kunden immer besser erfüllt.
Die Wirtschaftlichkeit wird sehr stark von der individuellen Fahrleistung beeinflusst. Da ergänzend dazu die steuerlichen Anreize als Faktor bei der Wirtschaftlichkeit berücksichtigt werden sollten, ist eine Bewertung in jedem Fall individuell durch den einzelnen Nutzer zu Betrachter.
