Weiterlesen mit NEWS. Jetzt testen.
Lesezeit ca. 8 Min.

JE SCHNELLER VOLL JE EHER WEG


arrive - epaper ⋅ Ausgabe 5/2021 vom 30.07.2021

TITELGESCHICHTE

Artikelbild für den Artikel "JE SCHNELLER VOLL JE EHER WEG" aus der Ausgabe 5/2021 von arrive. Dieses epaper sofort kaufen oder online lesen mit der Zeitschriften-Flatrate United Kiosk NEWS.

„Die Batteriezelle ist der Brennraum von morgen“. Ein solcher Spruch hätte gut zu Tesla-Chef Elon Musk gepasst. Fehlanzeige. Zitatgeber ist Oliver Blume, Vorstandsvorsitzender von Porsche. Es zeigt, wie sehr sich die Stuttgarter Sportwagenmarke, seit Jahrzehnten Ikone klassischer Hochleistungsfahrzeuge, auf Zukunftstechnologien ausrichtet. Die Autowelt befindet sich im größten Umbruch ihrer Geschichte. Weltweit legen die Hersteller den Schalter in Richtung E-Mobilität um, investieren Milliarden Euro ins emissionsfreie Fahren, um niedrige Werte zu schaffen und wettbewerbsfähig zu bleiben. Und wer nicht mitzieht, bleibt auf der Strecke.

Ging es früher in Autogesprächen ausschließlich um Hubraum, Zylinderanzahl und Leistung, dreht sich bei den E-Autos alles um Reichweite, Lademanagement und Batteriekapazität. Kein Wunder, dass die Autohersteller versuchen, sich hier gegenseitig zu ...

Weiterlesen
epaper-Einzelheft 3,99€
NEWS 30 Tage gratis testen
Bereits gekauft?Anmelden & Lesen
Leseprobe: Abdruck mit freundlicher Genehmigung von arrive. Alle Rechte vorbehalten.
Lesen Sie jetzt diesen Artikel und viele weitere spannende Reportagen, Interviews, Hintergrundberichte, Kommentare und mehr aus über 1000 Magazinen und Zeitungen. Mit der Zeitschriften-Flatrate NEWS von United Kiosk können Sie nicht nur in den aktuellen Ausgaben, sondern auch in Sonderheften und im umfassenden Archiv der Titel stöbern und nach Ihren Themen und Interessensgebieten suchen. Neben der großen Auswahl und dem einfachen Zugriff auf das aktuelle Wissen der Welt profitieren Sie unter anderem von diesen fünf Vorteilen:

  • Schwerpunkt auf deutschsprachige Magazine
  • Papier sparen & Umwelt schonen
  • Nur bei uns: Leselisten (wie Playlists)
  • Zertifizierte Sicherheit
  • Freundlicher Service
Erfahren Sie hier mehr über United Kiosk NEWS.

Mehr aus dieser Ausgabe

Titelbild der Ausgabe 5/2021 von Die Meldungen überschlagen sich: Eine Millionen Elektroautos in Deutschland! Volkswagen steigt aus dem Verbrenner aus! Ferrari fährt bald elektrisch!. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
Die Meldungen überschlagen sich: Eine Millionen Elektroautos in Deutschland! Volkswagen steigt aus dem Verbrenner aus! Ferrari fährt bald elektrisch!
Titelbild der Ausgabe 5/2021 von AUSFLÜGE INS ALL ERSCHWINGLICH. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
AUSFLÜGE INS ALL ERSCHWINGLICH
Titelbild der Ausgabe 5/2021 von VW ID.4 GTX – Four HOT WHEELS .... Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
VW ID.4 GTX – Four HOT WHEELS ...
Titelbild der Ausgabe 5/2021 von MIETEN IM MINUTENTAKT – Ein Cabrio FÜR ZWISCHENDURCH. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
MIETEN IM MINUTENTAKT – Ein Cabrio FÜR ZWISCHENDURCH
Titelbild der Ausgabe 5/2021 von BORN IN GERMANY. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
BORN IN GERMANY
Titelbild der Ausgabe 5/2021 von FÜR EINE BESSERE ZUKUNFT. Zeitschriften als Abo oder epaper bei United Kiosk online kaufen.
FÜR EINE BESSERE ZUKUNFT
Vorheriger Artikel
AUSFLÜGE INS ALL ERSCHWINGLICH
aus dieser Ausgabe
Nächster Artikel VW ID.4 GTX – Four HOT WHEELS ...
aus dieser Ausgabe

... überbieten. BMW gibt für sein großes SUV iX 630 Kilometer an, Mercedes setzt noch einen drauf und verspricht für seinen Luxus-Liner EQS 770 Kilometer. Aber wollen die Leute überhaupt so große Batterien? Jüngste Umfragen haben ergeben, dass Reichweite nicht alles ist, der Kunde fühlt sich im Durchschnitt bei 470 Kilometer am wohlsten, so die Analysen.

LADEN IST WIE DAS FÜLLEN EINES GLASES

Viel wichtiger als die Reichweite, so Experten, wird bald der Ladekomfort sein. Motto: je schneller voll, je eher wieder weg. Immerhin sind wir es aus der alten Verbrennerwelt gewohnt, nach wenigen Minuten die Zapfsäule mit vollem Tank wieder zu verlassen. Auch die besten Batterien können in dieser Disziplin nicht mithalten. Durchschnittlich 30 bis 45 Minuten sind nötig, um an einer Schnellladestation den Akku von zehn auf 80 % seiner Kapazität zu bringen. Doch es gibt Ausnahmen. Zu den Super-Ladern (18 Minuten von 10 auf 80 %) zählen derzeit der Hyundai IONIQ5 und der Kia EV6. Der Grund: Beide basieren auf einer 800-Volt-Architektur. Die doppelt so hohe Spannung – üblich sind in der Branche 400 Volt – ermöglicht deutlich höhere Ladeströme. Im Volumensegment ist der Hyundai-Konzern weltweit der Erste, der diesen Weg einschlägt. Und die Koreaner dürften diese Alleinstellung noch lange behalten. Denn auch andere Hersteller haben ihre Plattformen mittlerweile fertig entwickelt: VW den MEB, PSA den e-VMP, Renault/Nissan den CMF, Volvo den SAE, Mercedes die EVA und Toyota die e-TNGA. Sie alle aber setzen auf 400 Volt. Lediglich Porsche und Audi wählten für ihre Luxussportler Taycan und e-tron GT die 800-Volt- Technik. Deren Batteriezellen sind in der Lage, Gleichstrom-Ladeleistungen kurzzeitig von bis zu 270 kW zu verkraften. So können in nur fünf Minuten etwa 100 Kilometer Reichweite „nachgetankt“ werden. 

DAS LADEMANAGEMENT IST ENTSCHEIDEND – NICHT DIE REICHWEITE

Höher, schneller, weiter? Bei den Batterien für Elektroautos scheint sich ein anderer Trend zu entwickeln. Reichweite ist nicht alles, und sie muss teuer erkauft werden, denn jede kWh mehr an Kapazität kostet Geld und Gewicht. Zudem stehen große Akkus im Ruf, unverhältnismäßig viele Rohstoffe und sehr viel Energie bei ihrer Herstellung zu verbrauchen – und damit auch schädlich fürs Klima zu sein. Experten sehen die Zukunft eher in einem guten Lademanagement. Wie schnell lässt sich die Batterie unterwegs zum Vorteil des Kunden wieder füllen? Niemand will sich unnötig lange an tristen Ladepunkten und Autobahnraststätten aufhalten. Daher programmieren die Autohersteller die Ladesoftware dahingehend, dass die Batteriezellen bei Stopp an der betreffenden Ladesäule optimal vorkonditioniert sind und auf perfekte Temperatur gebracht werden. Dies sichert eine höhere Stromaufnahme.

Mit seinem revolutionären 800-Volt-Batterie-System zeigt der IONIQ5, dass sehr schnelles Laden kein Privileg ist.

Bislang ein Bestwert. BMW schafft beim iX in der gleichen Zeitdauer etwa 75 Kilometer. Ähnlich lauten die Werte beim Mercedes EQS.

Wohlgemerkt: Diese Angaben lassen sich nur bei optimal vorkonditionierten Zellen – Stichwort: Thermomanagement – und nur in einem gewissen SoC-Bereich (State of Charge) erreichen. Meist liegt dieses Fenster zwischen zehn und 40 % der Maximal-Kapazität. Danach fällt die Ladekurve stark ab. Deshalb geben die Autohersteller, geht es ums Schnellladen, auch stets die Zeit an, bis die Batterie zu „80 %“ gefüllt ist. Für die restlichen 20 % wird mindestens noch einmal die gleiche Zeit benötigt – wenn es nicht noch länger dauert. Der Flaschenhals ist die Batteriezelle. Sie kann nicht gleichbleibend viel Strom aufnehmen.

Verständlich, dass sich Forscher und Entwickler die Köpfe über die Zellchemie zerbrechen, in der Hoffnung, eines Tages die heutige Lithium-Ionen-Batterie ersetzen zu können.

Gesucht ist ein Multitalent, mit hoher Energiedichte, langer Lebensdauer, einem großen Temperaturfenster, eine Batterie, die besonders schnell zu laden ist, keine kritischen Rohstoffe enthält, mehrere tausend Ladezyklen schadlos übersteht und nicht zuletzt günstig herzustellen und leicht zu recyceln ist. Es wird sie geben. Wenn nicht in diesem, dann im nächsten Jahrzehnt (siehe Kasten: Was kommt nach…?).

GESUCHT: DAS MULTITALENT MIT VIELEN EIGENSCHAFTEN

Die Big Player im Batteriegeschäft kommen derzeit aus Korea, China und Japan. Sie heißen LG Chem, Samsung, CATL und Panasonic. Batteriezellen von ihnen stecken so gut wie in jedem Elektroauto. Doch langsam bildet sich ein Gegenpol in Europa aus. Man will so gut und so schnell es geht aus der Abhängigkeit heraus. Große Autohersteller gehen Kooperationen mit Batteriespezialisten ein und bauen eigene Produktionskapazitäten auf.

Nur wenige Minuten dauert es, würde es eine Infrastruktur geben, in der leere Akkus schlicht gegen volle getauscht werden. Die Idee ist nicht neu. Die israelische Firma Better Place hatte es mit dieser Technik vor zehn Jahren versucht und scheiterte. Doch das System wird nun wieder revitalisiert. In China verfolgt die Elektromarke NIO das Tauschprinzip und kooperiert dabei mit Renault. Der neue Chef, Luca de Meo, soll zumindest Ingenieure damit beauftragt haben, eine wirtschaftliche Lösung auszuarbeiten. Entwicklungschefs anderer Automarken winken bei diesem Thema jedoch ab. Es würde nicht nur eine komplette

DAS RICHTUNGWEISENDE 800-VOLT-SYSTEM DES IONIQ5

Dass der Hyundai-Konzern sich bei der Konzeption der e-GMP-Architektur für ein 800-Volt-System entschieden hat, ist ein mutiger, aber auch teurer Schritt. Denn Volumenhersteller können nicht wie Premiummarken – beispielsweise Porsche und Audi – den höheren Entwicklungsaufwand 1:1 an ihre Kunden weitergeben. Die Hyundai Group denkt hier jedoch langfristig und nutzt die Architektur auch für seine Marken Kia und Genesis. Zudem möchte man dem Käufer einen hohen Ladekomfort beim Reisen bieten. Die 800-Volt-Technik verkraftet an den HPC-Gleichstromsäulen doppelt so hohe Ladeleistungen wie die in der Branche üblichen 400-Volt-Systeme. Hyundai gibt für seinen IONIQ5 beispielsweise 100 Kilometer „neue“ Reichweite nach nur fünf Minuten Laden an. Hier kann in diesem Segment kein anderer Stromer auch nur annähernd mithalten.

„ Wesentliche Bestandteile alter Batteriezellen können zur Herstellung von neuem Kathodenmaterial genutzt werden.“

Mark Möller, Leiter Technische Entwicklung & E-Mobilität bei Volkswagen

Normung des Akkus bedeuten, sondern für alle auch eine einheitliche Bodengruppe und Leistungselektronik voraussetzen, so dass der Akku für viele Modelle und Marken passen dürfte. Beim Batterie- und Thermomanagement verfolgen die Wettbewerber eigene Strategien. Man weiß: Nicht immer größere und schwerere Batterien und noch mehr Reichweite sind das Thema, sondern es gilt, Zellen dahin zu trimmen, dass sie möglichst viel Energie in möglichst kurzer Zeit aufnehmen können, ohne dabei auf Dauer Schaden zu nehmen.

DIE VERKANNTE ALTERNATIVE: DER TAUSCH VON AKKUS

Derzeit geben die Autobauer zumeist acht Jahre oder 160.000 Kilometer Garantie auf den Akku, Mercedes beim EQS sogar zehn Jahre und 250.000 Kilometer. Danach sollte der Energiespeicher noch mindestens 70 bis 80 % seiner ursprünglichen Kapazität besitzen. Darunter ist er, nach Maßstab der Autobranche, in einem Fahrzeug nicht mehr einsetzbar. Nach dem Autoleben stehen der Batterie noch mindestens zehn Jahre weitere „Arbeit“ bevor. Fachleute sprechen vom „Second Life“. Häufig werden hier viele Akkus zu großen Paketen zusammengeschaltet und dienen z. B. als Pufferspeicher, um Leistungsspitzen im Stromnetz aufzufangen. Oder sie werden als Notstromspeicher in Krankenhäusern oder ähnlichen Einrichtungen eingesetzt. Dem Einsatz der ausgemusterten Batterien sind keine Grenzen gesetzt. Aber das ist Zukunftsmusik. Am Ende geht’s also ans Zerlegen. In größerem Maßstab wird dies erst ab dem nächsten Jahrzehnt passieren, wenn die ersten Rückläufer zur Verschrottung anstehen. Doch schon jetzt machen sich die Autohersteller intensiv Gedanken über das richtige Recycling und berücksichtigen die Wiederverwertbarkeit sogar bereits während der Entwicklung der Batterie. Volkswagen beispielsweise betreibt eine Pilotanlage in Salzgitter. Auf dem Programm steht die Rückgewinnung wertvoller Rohstoffe wie Lithium, Nickel, Mangan und Kobalt. „Wesentliche Bestandteile alter

WAS KOMMT NACH DEM LITHIUM-IONEN-AKKU?

Lithium-Ionen-Akkus sind heute Stand der Technik. Allerdings ist ihr Potenzial, noch mehr Energie pro Volumeneinheit aufzunehmen, begrenzt. Daher befassen sich Forscher und Entwickler auch mit anderen Batterietypen und alternativer Zellchemie, stoßen jedoch immer wieder an Grenzen. Mal stimmen Temperaturen und Ladezyklen-Festigkeit nicht, mal sind die Kosten zu hoch oder das Aufladen dauert zu lange.

Wo bleibt der Super-Akku? Hin und wieder liest man von sogenannten Super-Akkus, die bei halbem Gewicht und gleicher Größe die doppelte Reichweite versprechen und sich zudem in weniger als zehn Minuten komplett vollladen lassen. Schön wär’s. Manches mag chemisch im Laborstadium sicher funktionieren, doch bis solch ein Akku es in die Großserienfertigung und als haltbare Dauerlösung ins Auto schafft, kann leicht noch ein Jahrzehnt ins Land gehen.

Wenn die Produktion so einfach wäre, wäre eine solche Batterie längst auf dem Markt. Chemische Alternativen zum Li/Ion-Typ gibt es einige. Lithium-Eisenphosphat ist kostengünstiger, nachhaltig verfügbar und ungiftig. Lithium-Schwefel bietet eine höhere Energiedichte. Nickel und Kobalt werden hier durch Schwefel ersetzt und würden die Nachhaltigkeit enorm verbessern. Nachteil: eine noch zu geringe Lebensdauer. Allen Entwicklungen ist gemein: Einsatz erst in frühestens 5 bis 10 Jahren.

Die Feststoffbatterie Bleibt noch die Feststoffbatterie. Vom chemischen Prinzip her ebenfalls ein Lithium-Ionen-Akku, nur dass hier der Elektrolyt keine Flüssigkeit, sondern fest ist. Die Vorteile: Sie wiegt weniger, kommt ohne Kühlkreislauf aus, hat mehr Leistung auch bei niedrigen Temperaturen, speichert mehr Energie pro Volumeneinheit, verfügt über eine gute

Schnellladefähigkeit und bietet eine größere Sicherheit im Falle eines Unfalls (Brandrisiko). Auf der Soll-Seite stehen hohe Kosten und geringere Lebensdauer. Erste Prototypen sind bereits unterwegs. Toyota hat diese Batterie für 2025 angekündigt. Experten schätzen die Serieneinführung im großen Stil auf frühestens 2030.

Die Kompost-Batterie Noch etwa zehn Jahre weiter in die Zukunft blicken die Forscher bei der sogenannten organischen Batterie. Sie würde die E-Mobilität unabhängig von fossilen Ressourcen machen. In der organischen Batterie stecken Graphene mit wasserbasiertem Elektrolyt. Sie ist metallfrei, benötigt keine kritischen Rohstoffe, hat eine sehr hohe Energiedichte, ist superschnell zu laden und kann nicht nur zu 100 % recycelt werden, sondern ihr Inhalt ließe sich sogar auf dem Komposthaufen entsorgen.

Der Lithium-Ionen-Akku k ann im Wert je nach Fahrzeugsegment etwa 40 % des gesamten Elektroautos ausmachen.

NICHTS GEHT MEHR OHNE VOLLSTÄNDIGES RECYCLING

Batteriezellen können zur Herstellung von neuem Kathodenmaterial genutzt werden“, sagt Mark Möller, Leiter Technische Entwicklung & E-Mobilität. Angestrebt wird ein komplett geschlossener Kreislauf, um nicht weiter zu großen Teilen auf Bodenschätze angewiesen zu sein. Aluminium, Kupfer und Kunststoff sollen mit einer Quote von mehr als 90 % wiederverwendet werden. Was das Ganze bringen kann, zeigt ein Zahlenbeispiel von VW: Eine 62-kWh- Batterie, die mit Kathoden aus Recycling- Material sowie Ökostrom gefertigt wird, spart rund 1,3 Tonnen an CO2. So engagiert die Autohersteller das Thema Nachhaltigkeit hier angehen, eine Herausforderung bleiben die Kosten. Der Lithium-Ionen-Akku kann im Wert je nach Fahrzeugsegment etwa 40 % des gesamten Elektroautos ausmachen. Zu Beginn der E-Mobilität vor rund zehn Jahren kosteten die Batteriezellen weit über 800 Euro pro Kilowattstunde. Mittlerweile liegt man bei unter 200 Euro. Ziel sind 100 Euro. Erst dann wäre ein Elektroauto in der Herstellung günstiger als ein Diesel oder Benziner. Umweltfreundlich ist der Stromer schon heute, denn er kann im Gegensatz zum Verbrenner mit 100 % Öko- (Strom)-Energie gefahren werden.

Michael Specht