Elektromobilität Fünf Batterietrends in der Elektromobilität

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Die Entwicklung der E-Auto-Batterie ist noch lange nicht abgeschlossen. In den kommenden Jahren dürften vor allem fünf Trends eine besondere Rolle spielen.

Mehr Reichweite, weniger Kosten: Die Unternehmen der Automobilindustrie forschen stetig weiter im Gebiet der E-Auto-Batterien. Fünf Trends dürften die kommenden Jahre bestimmen.

1. Neuer Rohstoffmix

Heute setzen die meisten E-Autobauer nickelbasierte Lithium-Ionen-Akkus ein. Die darin verwendeten Stoffe sind knapp, entsprechend teuer und teilweise sozial und ökologisch umstritten. Die Suche nach Alternativen ist aus verschiedenen Gründen interessant für Forschung und Industrie.

So rückt etwa die Lithium-Eisenphosphat-Technik (LFP) wieder in den Fokus, die weitgehend auf die kritischen Rohstoffe Nickel und Kobalt verzichten kann. Die aktuell etwa von Tesla und BYD eingesetzten Akkus haben zwar Schwächen bei der Reichweite, gleichen das aber mit diversen anderen Vorteilen aus. Vor allem bei den Kosten, aber auch in Sachen Betriebssicherheit und bei der Dauerhaltbarkeit sind sie Nickel-Akkus überlegen.

Ein Trend der näheren Zukunft könnten Natrium-Ionen-Akkus sein, die nun erstmals in China testweise auf der Straße eingesetzt werden. Statt Lithium nutzen sie in der Elektrode das recht problemlos verfügbare Natrium. Die Energiedichte ist aber noch einmal schlechter als bei Lithium-Nickel-Akkus oder Lithium-Eisenphosphat-Akkus.

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Trotzdem ist klar: Die Zahl der unterschiedlichen Zellchemien wird weiterwachsen, künftig werden mehrere Akku-Varianten nebeneinander bestehen. Allein, um dem hohen Materialbedarf gerecht werden zu können. Der chinesische Autohersteller Aiways etwa rechnet bis zum Jahr 2030 mit einer Steigerung der weltweiten Nachfrage nach Batterien voraussichtlich um etwa 30 Prozent auf 4.500 Gigawattstunden (GWh) pro Jahr.

2. Optimierungspotenzial beim Design

Eine gute Zellchemie ist nicht alles. Auch der Aufbau der Akkus bietet jede Menge Optimierungspotenzial. Denn je mehr der Energie speichernden Aktivmaterialien man in die Batterie bekommt, desto größer wird die Reichweite.

Die Industrie arbeitet daher mit Hochdruck daran, überflüssiges Material im Akku-Pack loszuwerden und Kabel, Verbindungselemente sowie Kunststoffteile einzusparen und durch Energie speichernde Komponenten zu ersetzen.

Statt die einzelnen Zellen in Modulgehäuse zu stecken und diese Module dann zur Batterie zusammenzuführen, werden sie mittlerweile direkt in das Batteriegehäuse integriert – „Cell-to-Pack“ heißt das im Fachjargon.

Im nächsten Schritt soll auch das äußere Gehäuse wegfallen, Aktivmaterialien werden dann direkt in der Karosserie untergebracht. Diese „Cell-to-Chassis“-Technik ist allerdings noch Zukunftsmusik – und vor allem für Luxusautos und Sportwagen denkbar.

3. Mehr Spannung für mehr Leistung

Eine normale Starter-Batterie läuft im Pkw mit 12 Volt. Das reicht gerade mal für den Betrieb des kleinen E-Motors, der den großen Verbrenner beim Starten anwirft. Will man ein Auto komplett elektrisch antreiben, sind deutlich höhere Spannungen nötig.

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Die meisten E-Mobil-Hersteller setzen auf 400 Volt, einige verdoppeln den Wert aber bereits. Das hat – zumindest in der Theorie – einen großen Vorteil. Denn elektrische Leistung ist das Produkt von Spannung (Volt) und Stromstärke (Ampere). Erhöht man die Spannung des E-Auto-Bordsystems, steigt bei konstanter Stromstärke also dessen Leistung.

Besonders wichtig ist das nicht nur beim Beschleunigen, sondern auch beim Laden der Batterie: Ein 400-Volt-Auto tankt an einer 500-Ampere-Ladesäule maximal mit 200 kW Ladeleistung. Ein 800-Volt-Auto kommt theoretisch auf den doppelten Wert.

Bislang setzen nur wenige Autohersteller wie Porsche, Hyundai, Audi und Rimac auf 800-Volt-Systeme. Doch mittlerweile arbeiten Hersteller wie Renault, Nissan oder die Marken des Stellantis-Konzerns an einer Verdopplung des Spannungsniveaus.

4. Rein in den Kreislauf

Vor allem E-Auto-Skeptiker führen die Recycling-Frage gerne als Argument gegen die Elektrifizierung des Straßenverkehrs ins Feld. Und zeichnen das abschreckende Bild hochgiftiger Batteriemüll-Halden an den zeitlichen Horizont. Doch die wird es wohl kaum geben.

Mitte Dezember 2022 hat die EU strenge Recycling-Quoten für Alt-Akkus vorgeschrieben. Nickel und Kobalt etwa müssen ab 2027 zu 90 Prozent wiederverwertet werden, ab 2031 zu 95 Prozent. Neben dem politischen Druck gibt es aber auch einen ökonomischen: Die in Batterien verwendeten Rohstoffe sind knapp und teuer, entsprechend interessant ist ihre Rückgewinnung.

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Bislang erfolgt das Recycling der Speicher in Deutschland und Europa jedoch nur im kleinen Stil. Spätestens in zehn Jahren, wenn die erste große Welle der E-Autos langsam das Ende ihres Lebenszyklus erreicht, dürfte die Wiederverwertung von Akkus zu einem wichtigen Geschäftsfeld werden.

Noch ist allerdings unklar, wer es übernehmen wird: die Autohersteller, die Batterieproduzenten oder spezialisierte Recycling-Unternehmen. Klar ist aber, dass Akkus künftig immer stärker schon bei der Entwicklung auf eine gute Wiederverwertbarkeit optimiert werden – sowohl was den Aufbau als auch was die Inhalte angeht.

5. Fest statt flüssig

Der Feststoff-Akku ist der große Hoffnungsträger in der Batterie-Technik. Weil seine Zellen ohne Elektrolyt-Flüssigkeit auskommen, sind sie bei einem Unfall weniger feuergefährdet als aktuelle, zähflüssig gefüllte Energiespeicher. Zudem sind sie einfacher beziehungsweise günstiger herzustellen.

Nicht zuletzt erlauben die neuen Akkus größere Reichweiten und kürzere Ladezeiten. Zuletzt hatte Nissan beim Thema Feststoff- oder Festkörpertechnik für Aufsehen gesorgt: Die Japaner haben im April angekündigt, ab 2024 zunächst mit einer Pilotproduktion zu starten, 2028 soll das erste Serienauto da sein.

Klar ist aber, dass auch alle anderen großen Autobauer mit Hochdruck an der Super-Batterie forschen. Wann und wie die Technik wirklich auf die Straße kommt, ist schwer abzusehen. Einige Branchenvertreter rechnen mit einem großflächigen Durchbruch, andere sehen die Feststoffspeicher in der Luxus-Nische.

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