E-Mobilität Die Selbstentladung der Batterie dürfte bald der Vergangenheit angehören

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Warum Batterien sich auf Dauer selbst entladen, war lange Zeit ein Rätsel. Nun haben deutsche und internationale Forscher eine Antwort auf die Problematik gefunden.

Wer sein altes Handy nach einem halben Jahr mal wieder aus der Schublade holt, kennt das Phänomen: Während der Lagerung hat sich der Akku selbstständig entleert, ohne Ladegerät geht erst einmal nix mehr.

Das Gleiche kann auch beim Elektroauto passieren, wenn es lange nicht bewegt wird. Warum das so ist, konnte bislang niemand vollständig erklären. Nun haben Forscher herausgefunden, wie es zu solchen „Vampirverlusten“ kommt.

Selbstentladung bei stationären Energiespeichern ein Problem

In einschlägigen Internetforen liest man immer wieder von E-Auto-Fahrern mit komplett leeren Akkus. Oder von Batterien, bei denen sich der Ladezustand wie von Geisterhand in wenigen Wochen von 100 auf 0 Prozent reduziert. Das meiste scheinen Einzelfälle zu sein, einige Kommentare übertreiben wohl auch gnadenlos.

Prinzipiell existiert die Selbstentladung jedoch. Selbst wenn die Bordspeicher überhaupt nicht genutzt werden, sind sie irgendwann leer. Experten rechnen für Lithium-Ionen-Akkus mit rund 3 bis 5 Prozent Verlust pro Monat. Kein großes Problem für den individuellen E-Auto-Fahrer. Auf die gesamte Flotte gerechnet aber durchaus eine nennenswerte Verschwendung.

Zum echten Problem wird das Phänomen bei stationären Energiespeichern, etwa zur Pufferung von Wind- und Sonnenflauten. Und auch die Batteriehersteller spüren den Verlust beim erstmaligen Aufladen ihrer neu produzierten Akkus und der anschließenden Lagerung.

Forschung auf Zellebene

Wer oder was die Energie aus den Zellen zieht, war für die Forschung lange eine offene Frage – bis deutsche und internationale Wissenschaftler an der kanadischen Dalhousie-Universität in Halifax zunächst den reinen Mechanismus beobachten konnten. Was sie sahen: In der Zelle bildeten sich bei hohen Temperaturen sogenannte Redox-Shuttle-Moleküle, die Elektronen zwischen den Elektroden hin und her transportieren.

Diese Elektronen sollen eigentlich über den Stromkreis fließen und dort Verbraucher – also vor allem den E-Motor – mit Energie versorgen. Nehmen sie innerhalb der Zelle die Abkürzung durch die Elektrolyten-Flüssigkeit, treiben sie gar nichts an, sondern senken lediglich die Spannung des Akkus.

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Zunächst konnte sich niemand erklären, wie sich diese Shuttle-Verbindungen im Inneren der Zelle bilden konnten – keine der üblicherweise verwendeten Materialien und Stoffe schien als Quelle infrage zu kommen.

Kunststoff-Klebeband als Ursache

Die Lösung zeigte sich schließlich, als einer der Forscher auf die Idee kam, eine Batterie aufzuschneiden. So fand sich ein unscheinbares Kunststoff-Klebeband, mit der Elektroden und Separator miteinander verbunden waren. Der Kleber besteht bei einer Vielzahl von Zellen aus dem von Getränkeflaschen bekannten PET.

Unter Hitzeeinwirkung lösen sich dabei kleinere Moleküle aus der Kette, die im Elektrolyt dann als Elektronen-Shuttle herumschwimmen und die Batterie langsam immer weiter entladen. Ihre Entdeckung haben die Wissenschaftler nun in der Fachzeitschrift „Journal of The Electrochemical Society“ veröffentlicht.

Erste Batteriehersteller haben bereits reagiert und prüfen nun, ob sie die Kunststofffolie irgendwie ersetzen können. Mögliche Alternativen wären etwa das Verschweißen der Komponenten oder die Verwendung höherwertiger Folienmaterialien. Bislang hatte sich niemand groß um die dünne Plastikschicht gekümmert – in der Regel wurde das günstigste und nicht unbedingt das reinste Produkt eingesetzt.

Batterieüberwachungssysteme ziehen weiterhin Energie

Die selbstgemachte chemische Selbstentladung dürfte bei Lithium-Ionen-Akkus bald der Vergangenheit angehören. Trotzdem werden geparkte E-Autos wohl auch weiterhin Energie verlieren. Vor allem für die Batterieüberwachungssysteme: Die schalten sich regelmäßig selbst ein, können aber auch vom Fahrer aktiviert werden, wenn dieser beispielsweise über die Smartphone-App den Batteriezustand checkt.

Und noch ein weiteres Phänomen verbraucht regelmäßig Energie: das sogenannte Balancing. Weil die einzelnen Zellen der Batterie im Fahrbetrieb aufgrund kleinster Materialunterschiede unterschiedlich stark entladen und geladen werden, muss die Steuerungselektronik ab und an den Ladezustand und die Spannung der einzelnen Zellen einander angleichen.

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Das geschieht in der Regel dadurch, dass die volleren Zellen so lange entladen werden, bis sie auf dem gleichen Niveau mit den weniger vollen Zellen liegen. Die überschüssige Energie wird dabei einfach „vernichtet“.

Nachladen im Dreimonats-Rhythmus

Wie lange es dauert, bis einem abgestellten E-Auto der Strom ausgeht, hängt von vielen Faktoren ab. Neben dem Füllstand und der Grundqualität des jeweiligen Akkus sowie der Effizienz der Zellüberwachung hat auch die Außentemperatur einen Einfluss. Ein fast leeres E-Auto wochenlang in der prallen Sonne stehen zu lassen, ist jedenfalls keine gute Idee.

Wer sein Fahrzeug tatsächlich einmal mehrere Wochen oder Monate nicht nutzen will, sollte es daher regelmäßig nachladen. Viele Hersteller empfehlen einen Dreimonats-Rhythmus, im Zweifel weiß das Benutzerhandbuch Rat. Wer die Möglichkeit hat, kann sein Auto auch dauerhaft an eine Wallbox oder ein anderes Ladegerät anschließen. Dort sorgt die sogenannte Erhaltungsladung dafür, dass auch nach langer Standzeit genug Saft im Akku ist.

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