Mehr Reichweite, weniger Kosten: Die E-Auto-Batterie entwickelt sich ständig weiter. Fünf neue Ansätze und Lösungen dürften die kommenden Jahre bestimmen und der E-Mobilität weiteren Schub verleihen.

Neuer Mix

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 also aus verschiedenen Gründen interessant für Forschung und Industrie. So rückt aktuell etwa die Lithium-Eisenphosphat-(LFP)-Technik 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- und -Eisenphosphat-Akkus. 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 4500 Gigawattstunden (GWh) pro Jahr.

Besser packen

Eine gute Zellchemie ist nicht alles. Auch der Aufbau der Akkus bietet jede Menge Optimierungspotenzial. Denn je mehr der energiespeichernden 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 energiespeichernde 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, die dank Aktivmaterialien direkt in der Karosserie untergebracht werden. Diese «Cell-to-Chassis»-Technik ist allerdings noch Zukunftsmusik – und vor allem für Luxusautos und Sportwagen denkbar.

Mehr Spannung

Eine normale Starterbatterie läuft im PW 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. 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, ist also auch doppelt so schnell voll. Bislang setzen nur wenige Autohersteller wie Porsche, Hyundai, Audi und Rimac auf 800-Volt-Systeme. Doch mittlerweile arbeiten auch E-Autohersteller wie Renault, Nissan oder die Marken des Stellantis-Konzerns an einer Verdopplung des Spannungsniveaus.

Rein in den Kreislauf

Vor allem E-Auto-Skeptiker führen die Recyclingfrage gerne als Argument gegen die Elektrifizierung des Strassenverkehrs ins Feld. Und zeichnen das abschreckende Bild hochgiftiger Batteriemüllhalden 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. Bislang erfolgt das Recycling der Speicher in 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.

Fest statt flüssig

Der Feststoff-Akku ist der grosse Hoffnungsträger in der Batterietechnik. Weil seine Zellen ohne Elektrolytflüssigkeit 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 Superbatterie 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 Luxusnische.

Fehler gefunden?Jetzt melden.