E-Mobilität Auf die Wunderbatterie warten hat keinen Sinn

Die Batterien von E-Autos sind ausgereift und alltagstauglich. Trotzdem gibt es noch erhebliches Verbesserungspotenzial, vor allem bei Reichweite und Ladegeschwindigkeit. Warum es sich nicht lohnt darauf zu warten.

Einer der Gründe für die aktuell schleppende Nachfrage nach E-Autos dürfte die Unsicherheit in Bezug auf die Batterie sein. Nicht unbedingt in dem Sinne, dass der aktuellen Technik nicht zu trauen wäre. Sondern eher aufgrund der Befürchtung, dass in naher Zukunft eine noch viel bessere Technologie zur Verfügung stehen könnte. In vielen Fällen lohnt sich langes Warten allerdings nicht.

Tatsächlich entwickelt sich die E-Auto-Technik aktuell sehr schnell. Während bei der Optimierung des Verbrennungsmotors nur noch kleine Potenziale zu heben sind, machen E-Antrieb und Batterie große Fortschritte. Riesige Sprünge sind kurzfristig aber eher unwahrscheinlich. Seit der Markteinführung der Lithium-Ionen-Batterie sind die Kosten um den Faktor 30 bis 50 gefallen. Die Energiedichte hat sich seitdem verdreifacht. Dieses Tempo wird sich nicht halten lassen. Statt Revolution ist also eher Evolution angesagt.

Plötzliche Durchbrüche mit neuen Batterietechnologien sind nicht zu erwarten. Zwar vermelden Forscher regelmäßig große Fortschritte, vor allem in der Materialforschung. Bis diese sich in Serienautos realisieren lassen, dürften aber noch Jahre und teils Jahrzehnte vergehen. Näher an einem Einsatz als die Technologien der Grundlagenforscher sind da schon die Ankündigungen der großen Batteriehersteller. Vor allem die chinesischen Anbieter werben gerne mit etwas Vorlauf für ihre neuen Produkte. Nicht immer allerdings ist klar, wann, in welchen Autos und zu welchen Kosten sie auf den Markt kommen sollen. Ein paar grundsätzliche Überlegungen können bei der Einordnung helfen.

Batteriesysteme

Neue Wertschöpfung für Zulieferer

Ein wichtiges Kriterium bei der Weiterentwicklung der Batterietechnik ist die volumetrische Energiedichte, angegeben in Wh pro Liter Batterievolumen. Je größer dieser Wert, desto geringer ist der Platzbedarf einer Batterie beziehungsweise die Reichweite, die sich mit einer bestimmten Baugröße erreichen lässt. Aktuell liegt der Wert für klassische Lithium-Ionen-Batterien auf Nickelbasis bei etwa 450 Wh pro Liter. Eine E-Auto-Batterie mit 50 kWh Kapazität benötigt also einen Bauraum von circa 111 Litern – etwas mehr als doppelt so viel wie das durchschnittliche Tankvolumen eines Kompaktautos mit Verbrennungsmotor. Problem bei der Einschätzung: In manchen Fällen werden auch Energiedichten pro Zelle angegeben. Diese fallen höher aus als bei der kompletten Batterie, da Gehäuse, Verkabelung und Elektronik nicht berücksichtigt werden müssen.

Kleinwagen mit 1.000 Kilometern Reichweite wird es so bald nicht geben

Viel wichtiger für den Endkunden als solche relativen Werte ist aber die Reichweite. Auch in den nächsten Jahren dürften die meisten Autos bei der Reichweite grob im heutigen Rahmen bleiben. Einen E-Kleinwagen mit 1.000 Kilometern Reichweite wird es auf absehbare Zeit nicht geben. Darauf zu warten ist aus Kundensicht vertane Zeit. Extreme Verbesserungen sind allenfalls für Modelle mit Festkörper-Akku zu erwarten. Bei dieser noch nicht serienreifen Batterievariante sind Energiedichten oberhalb von 700 Wh pro Liter möglich. Erste Serienautos sind gegen Ende des Jahrzehnts angekündigt, allerdings kommt die Technik sicher zunächst in teuren Luxus- oder Nischenfahrzeugen zum Einsatz.

Patente

Batterie hängt Verbrennungsmotor ab

Trotzdem dürften die Reichweiten auch der günstigen Autos in den nächsten Jahren steigen, weil die Antriebe und die Gesamtfahrzeuge effizienter werden, Batteriepacks cleverer montiert werden und die kWh-Kosten für Zellen sinken. Allerdings gilt auch hier: riesige Sprünge sind eher unwahrscheinlich. Für sich genommen ist das also kein Grund, heute noch auf den Kauf eines aktuellen Modells zu verzichten, wenn alle anderen Rahmenbedingungen zu den persönlichen Anforderungen passen.

Wer hingegen deutlich größere Reichweiten benötigt als heutzutage möglich sind, sollte nicht allein auf den Energiegehalt schauen, sondern auch die Ladegeschwindigkeit berücksichtigen. Denn wer schnell Nachtanken kann, benötigt nicht zwingend eine große Batterie mit hohem Energieinhalt. Wie schnell ein bestimmtes E-Auto lädt, wird mit der „C-Zahl“ angegeben. Eine C-Zahl von 1 bedeutet, dass der Akku einmal in der Stunde voll geladen werden könnte, bei einer C-Zahl von 2 funktioniert das zweimal. Und so weiter. Aktuell weisen die meisten Serienautos C-Zahlen zwischen 1,5 und 2,5 auf – können im besten Fall also zweieinhalb Mal pro Stunde gefüllt werden. Das entspricht rund 24 Minuten. Es handelt sich dabei um einen sehr theoretischen Wert, der vor allem der Vergleichbarkeit dient – allein deshalb, weil das Laden von 0 auf 100 Prozent in der Praxis nie vorkommt.

Wirklich aussagekräftig ist die C-Zahl zudem nur, wenn man die Akkugröße kennt. Eine für Langstrecken-Stromer typische 100-kWh-Batterie lässt sich bei einer C-Rate von 2 in 30 Minuten vollladen. Ziel der Branche wäre in einem solchen Fall eine C-Rate von 4 – was einer Ladezeit von 15 Minuten entspricht. Diese ist allerdings nur bei Fahrzeugen mit einem 800-Volt-Batteriesystem erreichbar. Einige Hersteller wie Hyundai, Kia, Porsche und Lucid haben bereits entsprechende Modelle, anderen dürften folgen. Hier lohnt es sich also möglicherweise, noch etwas zu warten, wenn man hohe Ansprüche an die Ladeleistung hat. Zunächst bleibt die Technik aber den höherpreisigen Modellen vorbehalten. Extreme Ladeleistungssprünge bei 400-Volt-Modellen sind erst einmal nicht zu erwarten.

Geringeres Gewicht hat keine Priorität

Weniger interessant für Pkw-Fahrer sind Verbesserungen in zwei weiteren Dimensionen. Zum einen beim Gewicht. Wie schon beim Volumen wird auch dieses zur Energiedichte in Bezug gesetzt – hat also die Form „Wattstunde pro Kilogramm“. Aktuell sind Werte zwischen 150 und 170 Wh/kg Standard, bei Festkörperbatterien geht es in Richtung 300 Wh/kg. Je höher der Wert, desto leichter werden Batterien mit einer bestimmten Reichweite.

Weniger Gewicht ist auch im E-Auto zwar prinzipiell immer gut, eine Reduzierung aber längst keine Priorität in den Entwicklungsabteilungen der Hersteller. Denn die aktuellen E-Antriebe sind kräftig genug, mit vielen Kilos auszukommen. Und auch auf den Verbrauch hat die Masse keinen so großen negativen Einfluss wie bei einem Verbrenner. Interessant ist die Gewichtsreduzierung hingegen bei Flugzeugen oder Lufttaxis. Die Industrie arbeitet daher an der entsprechenden Technik. Als Autofahrer muss man darauf allerdings nicht warten.

Batterietechnik

Das chinesische Jahr der Festkörperbatterie

Zu warten lohnt sich auch nicht bei der Lebensdauer. Aktuelle Pkw-Akkus mit nickelbasierter Lithium-Ionen-Technik sind für 1.000 bis 2.000 Ladezyklen ausgelegt. Ein durchschnittliches E-Auto mit 350 Kilometern Real-Reichweite fährt also mindestens 350.000 Kilometer. Der Durchschnittsfahrer braucht dafür knapp drei Jahrzehnte – in vielen Fällen ist das länger, als der Rest des Autos durchhält. Weitere Verbesserungen bei den Ladezyklen spürt der Verbraucher also kaum – entsprechend weit hinten ist dieser Punkt auf den Prioritätenlisten der Hersteller. Interessant kann eine höhere Lebensdauer allerdings für den Lkw-Verkehr sein, denn Sattelschlepper fahren im Jahr knapp 100.000 Kilometer. Auch in dieser Hinsicht wird es also weitere Entwicklungen geben. Warten müssen potenzielle Käufer eines elektrischen Pkw darauf aber sicher nicht.

Für wen die aktuellen E-Autos partout nicht passen, der kann durchaus auf kürzere Ladezeiten warten. Vor allem in den höherpreisigen Klassen dürfte die Haltedauer an der Ladesäule in Zukunft weiter sinken. Extreme Sprünge sind dort aber wie bei der Reichweite zunächst nicht zu erwarten. Auch muss die nötige Infrastruktur, also Ladesäulen mit 350 kW Ladeleistung und mehr, erst noch aufgebaut werden.

Allerdings wächst zumindest die Zahl der Modelle mit flotter Ladetechnik und üppiger Batteriekapazität. Auf Fortschritte bei Gewicht und Lebensdauer hingegen muss man als potenzieller E-Autofahrer eher nicht setzen.

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