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VON DER MINE AUF DIE STRASSE


electricar - epaper ⋅ Ausgabe 1/2020 vom 04.03.2020

Die abenteuerlichen Stationen im Leben eines Akkus für Elektroautos und dessen Entwicklung in der Zukunft


Seine Energie erhält ein elektrisch angetriebenes Auto von einer wiederaufladbaren Batterie. Hier ein Überblick über den Lebenszyklus eines solchen Akkus - angefangen beim Abbau der Rohstoffe, über den Zusammenbau des Akkus und seinen Einsatz im Fahrzeug, bis hin zur Zweitverwertung und schließlich zum Recycling. Hinzu kommt ein Ausblick darauf, wie sich die Akkutechnologien in nächster und in fernerer Zukunft entwickeln werden.

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Bildquelle: electricar, Ausgabe 1/2020

ROHSTOFFGEWINNUNG Diese Luftaufnahme zeigt die Solebecken der ...

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ROHSTOFFGEWINNUNG Diese Luftaufnahme zeigt die Solebecken der SQM-Lithium-Mine in der Atacama-Salzwüste im Norden Chiles.


BILD: IVAN ALVARADO / REUTERS

I n Elektroautos kommen überwiegend Lithium-Ionen-Akkus zum Einsatz. Zur Herstellung derartiger Akkus sind etliche Rohstoffe nötig - neben Lithium auch Graphit, Nickel, Kobalt und Mangan.

Die positive Elektrode eines Akkus enthält Lithium, die negative Elektrode besteht aus Graphit. Beim Aufladen des Akkus wandern positiv geladene Lithium-Ionen durch einen Elektrolyten hindurch von der positiven zur negativen Elektrode, während Elektronen über den äußeren Stromkreis (in dem sich das Ladegerät beziehungsweise der Elektromotor befindet) zur negativen Elektrode fließen. Beim Entladen des Akkus läuft dieser Vorgang umgekehrt ab.

Wassermangel wegen Lithiums

Die benötigten Rohstoffe existieren in ausreichender Menge - und lassen sich auch gut recyceln. Problematisch ist jedoch oft die Gewinnung der Rohstoffe:

Lithium beispielsweise stammt zum großen Teil aus Bolivien, Chile und Argentinien. In diesen Ländern pumpen Unternehmen lithiumhaltiges Grundwasser an die Oberfläche und lassen es dort verdunsten, um das Lithium extrahieren zu können. Durch dieses Verfahren sinkt allerdings der Grundwasserspiegel, und es kann zu einer Vermischung von Süßwasser und Salzwasser kommen, was zu einem Trinkwassermangel in den betroffenen Gegenden führen kann.

Hoffnung auf eine umweltschonendere Gewinnung von Lithium lässt eine neue Technologie aufkommen, bei der siebähnliche Nanomaterialien das Lithium aus dem Wasser extrahieren und das Restwasser anschließend zurück in den Boden gepumpt wird.

Konflikt-Kobalt aus dem Kongo

Ein weiteres Beispiel: Kobalt. Dieser Rohstoff stammt zu 60 Prozent aus dem Kongo. Den Minen dort haftet kein guter Ruf an. Menschenunwürdige Arbeitsbedingungen, mangelhafte Sicherheitsvorkehrungen und auch Kinderarbeit gehören zu den größten Kritikpunkten.

Allerdings treffen diese Vorwürfe nur (oder zumindest hauptsächlich) auf den Kleinbergbau zu, auf Minen also, in denen Kobalt ohne moderne Geräte und teilweise auch illegal abgebaut wird. Derartige Minen haben einen Anteil von weniger als 20 Prozent an der Gesamtproduktion.

Aber selbst das ist natürlich immer noch zu viel, um Kobalt guten Gewissens in den Akkus unserer Elektroautos einsetzen zu können. Diverse Autohersteller und andere Kobalt-Abnehmer bemühen sich daher, einerseits die Arbeitsbedingungen in den Minen zu verbessern und andererseits Methoden zu entwickeln, um die Lieferketten besser auf Einhaltung der Vorgaben prüfen zu können. Daimler, BMW und Volvo beispielsweise sind zu diesem Zweck der chinesischen Responsible Cobalt Initiative beigetreten. Auch der Volkswagen-Konzern und die Ford Motor Company engagieren sich in einer ähnlichen Initiative.

Parallel dazu versuchen deutsche Autohersteller es zu vermeiden, Kobalt aus dem Kongo zu verwenden - und beziehen den Rohstoff stattdessen aus Minen in Australien und Russland.

Zudem forschen Akkuhersteller an Methoden, die es in Zukunft ermöglichen werden, Akkus mit einem geringeren Kobaltanteil herzustellen. Teilweise werden diese Bemühungen allerdings dadurch wieder zunichte gemacht, dass der Bedarf an Akkus steigt.

ABBAU-ALTERNATIVEN

60 Prozent des Rohstoffs Kobalt, der in Akkus Verwendung findet, stammt aus dem Kongo. Wegen der problematischen Abbaubedingungen dort versuchen deutsche Hersteller, auf Minen in Australien und Russland (hier im Bild) auszuweichen.

Zusammenbau des Akkus

In einem Elektroauto befindet sich nicht etwa ein großer Akku. Sondern ein Energiespeicher, der sich aus mehreren deutlich kleineren Teilen zusammensetzt: Der kleinste Bestandteil ist die eigentliche Akkuzelle, in der die chemischen Vorgänge ablaufen, die Strom speichern oder abgeben.

Mehrerer solcher Zellen bilden ein Modul. Und mehrerer solcher Module lassen sich zu einem Akku-Pack zusammensetzen. Die Zahl der verwendeten Module bestimmt dabei die Kapazität des Akkus und damit die Reichweite des Fahrzeugs. Beim Elektroauto ID.3 von Volkswagen beispielsweise besteht ein Modul aus 24 Zellen. Und je nach Fahrzeugvariante sind bis zu 12 Module in dem Akku-Pack enthalten.

Geschützt wird der Akku durch ein Aluminiumgehäuse, das über eine eingebaute Kühlung verfügt, über einen Crash-Rahmen, der Stöße abfängt, und über Zell-Controller, die die Spannung, die Ströme, die Temperatur und die gleichmäßige Belastung der Zellen überwachen.

Zusätzlich nötig ist eine Leistungselektronik, die den Gleichstrom des Akkus in den Wechselstrom für den Motor umwandelt und dabei auch den Energiefluss steuert. Darüber hinaus sorgt sie dafür, dass das 12-Volt-Gleichstrom-Bordnetz des Fahrzeugs ebenfalls mit passender Energie versorgt wird.

Skateboard-Architektur

Beim Platzieren der einzelnen Bestandteile ist die sogenannte Skateboard-Architektur üblich: Der Akku befindet sich also im Unterboden zwischen den Achsen. Die Leistungselektronik und der Motor finden ihre Plätze an der Vorder- oder an der Hinterachse. Diese Anordnung sorgt für eine gleichmäßige Verteilung des Gewichts auf die Vorder- und die Hinterachse sowie für einen niedrigen Schwerpunkt und dadurch für eine gute Straßenlage.


„Die Batteriezellproduktion ist eine große Chance für Wertschöpfungsketten und Arbeitsplätze in Deutschland und Europa.“


Peter Altmaier, Bundesminister für Wirtschaft und Energie

Akku-Hersteller

Derzeit dominieren einige wenige Hersteller aus Japan, China und Südkorea den Markt für Lithium-Ionen-Akkuzellen. Um zu große Abhängigkeiten zu vermeiden und um diesen Teil der Wertschöpfung im Lande zu halten, stellt das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie 1,25 Milliarden Euro bereit für die Förderung der industriellen Fertigung von Akkuzellen für mobile und stationäre Energiespeicher. Dies soll erstens „die technologische Kompetenz zur Batteriezelle am Standort Deutschland bündeln und stärken“. Und zweitens die großskalige Produktion von Akkuzellen in Deutschland und Europa ermöglichen.

Die Fördergelder sollen unter anderem dem Autohersteller BMW, dem Batterieproduzenten Varta und dem Chemiekonzern BASF zugute kommen.

AUFBAU EINES AKKUS

Der Akku eines Elektroautos besteht aus mehreren Akkumodulen, die wiederum mehrere Akkuzellen enthalten. Je mehr solcher Module der Hersteller zu einem Akku-Pack zusammensetzt, desto größer ist die Reichweite des Fahrzeugs.

Der Akku befindet sich zwischen den Achsen im Unterboden, was für einen niedrigen Schwerpunkt des Fahrzeugs sorgt.

WIE VIEL SCHADSTOFFE?

2017 sorgte einen Bericht der Swedish Energy Agency für Aufregung, laut dem bei der Produktion von Lithium-Ionen-Akkus 150 bis 200 Kilogramm CO2- Äquivalente pro Kilowattstunde der Akkukapazität entständen. Was bedeuten würde, dass Elektroautos kaum oder gar nicht umweltfreundlicher wären als sparsame Verbrenner.

Ende 2019 jedoch aktualisierte die Swedish Energy Agency ihren Bericht. Und kam nun zu der Erkenntnis, dass inzwischen lediglich 61 bis 106 Kilogramm CO2-Äquivalente entständen.

Dass dieser Wert gesunken ist, liegt erstens daran, dass heute in den Akkufabriken mehr Strom aus erneuerbaren Energien Verwendung findet. Und zweitens daran, dass diese Fabriken nun vergrößert wurden und mit voller Kapazität arbeiten, was sie pro produzierter Einheit effizienter macht.

Einsatz im Fahrzeug

Die Lebensdauer von Akkus ist begrenzt. Das gilt auch für diejenigen Akkus, die in Elektroautos eingebaut sind. Ein solcher Akku hält mindestens 1.000 Ladezyklen aus. Das entspricht etwa einer Fahrleistung von 100.000 Kilometern - oder (je nach Intensität der Nutzung) einer Dauer von fünf bis zehn Jahren. Diejenigen Autobesitzer, die ihren Wagen ohnehin nicht länger verwenden, müssen sich also keine Gedanken um das Austauschen des Akkus machen.

Die meisten Autohersteller garantieren für ihre Akkus eine Kapazität von mindestens 70 Prozent für einen Zeitraum von acht Jahren oder für eine Fahrleistung von 160.000 Kilometern.

Der Autobesitzer kann auch selbst dazu beitragen, die Lebensdauer des Akkus zu verlängern: Langsames Laden ist schonender für den Akku als schnelles Laden. Zudem ist es ratsam, den Akku nur bis 80 Prozent statt bis zu 100 Prozent zu laden.

Ausreichend Ladestationen?

Die Fahrzeughersteller gehen davon aus, dass Benutzer eines Elektroautos etwa 80 Prozent ihres Stroms zuhause laden. Das dauert mit einer typischen Wallbox zwar recht lange (etwa drei Stunden für eine Aufladung von 80 Prozent), aber da dieses Aufladen in der Regel über Nacht stattfindet, fällt das nicht störend ins Gewicht.

Das Laden unterwegs an einer öffentlichen Schnellladestation geht flinker vonstatten (typischerweise etwa 45 Minuten für 80 Prozent). Vorausgesetzt, man findet eine Ladestation in der Nähe, die zudem nicht besetzt ist.

Nach Informationen des Bundesverbands der Energie- und Wasserwirtschaft gibt es in Deutschland derzeit knapp 24.000 öffentlich zugängliche Ladepunkte (also Anschlüsse an Ladestationen). Davon eignen sich 15 Prozent für schnelles Laden. In den letzten zwölf Monaten ist die Anzahl der Ladepunkte damit um knapp 50 Prozent gestiegen.

SCHNELLES AUFLADEN

Das Laden des Akkus an einer öffentlichen Schnellladestation dauert deutlich weniger lang als zuhause an der eigenen Wallbox: Das Aufladen von 0 auf 80 Prozent ist in etwa 45 Minuten erledigt. Etwa 3.600 Schnellladepunkte an öffentlichen Stationen gibt es derzeit in Deutschland.

Ein derartiger Anstieg ist auch erforderlich: Heute sind auf Deutschlands Straßen etwa 220.000 elektrische Autos und Plug-in-Hybride unterwegs. Nach dem Willen der Bundesregierung sollen es bis zum Jahr 2030 gut 10 Millionen elektrische Fahrzeuge sein. Dafür sind nach Angaben des Verbands der Automobilindustrie eine Million öffentliche Ladepunkte nötig.


„Die Kunden greifen dann zum Elektroauto, wenn sie sicher sein können, dass sie ihr Fahrzeug rasch, einfach und komfortabel laden können - in der Stadt und auf dem Land.“


Bernhard Mattes, scheidender Präsident des Verbands der Automobilindustrie

Stromschlag bei Unfall?

In den Kabeln von Elektroautos fließt Strom mit einer hohen Spannung - 400 Volt oder mehr. Damit diese Kabel bei einem Unfall nicht brechen und einen Kurzschluss verursachen, sind sie mit widerstandsfähigem Kunststoffmaterial ummantelt.

Darüber hinaus unterbricht das Auto bei einem Unfall automatisch die Verbindung zwischen dem Akku und den anderen Hochvoltkomponenten - sorgt aber dafür, dass das Niedervolt-Bordnetz weiterhin mit Strom versorgt wird, so dass beispielsweise die Warnblinkanlage nach wie vor funktioniert. Sowohl die Insassen des Fahrzeugs als auch die Ersthelfer und die Rettungskräfte sind dadurch vor lebensgefährlichen Stromschlägen geschützt. Da aber kein System hundertprozentig fehlerfrei ist, verwenden Rettungskräfte sicherheitshalber Isolierhandschuhe.

Brennende Elektroautos löschen

Und was ist mit Horrorberichten, wie schwierig es sei, brennende Elektroautos zu löschen? - Prinzipiell geraten Elektroautos nicht häufiger in Brand als herkömmliche Fahrzeuge.

Das Löschen eines brennenden Elektroautos ist zudem kein unlösbares Problem: Nach Informationen des Deutschen Feuerwehrverbands lassen sich wie gewohnt Wasser und Löschmittelzusätze verwenden. Wichtig ist jedoch, den Erfolg des Löschens nicht nur mit bloßem Auge, sondern auch mit einer Wärmebildkamera zu kontrollieren. Und anschließend den Akkubereich des Fahrzeugs 24 Stunden lang wassergekühlt aufzubewahren, damit der Brand nicht wieder aufflammen kann.

Das zweite Leben

Akkus, deren Kapazität deutlich unter 70 Prozent gesunken ist, lassen sich in der Regel nicht mehr sinnvoll für die Stromversorgung von Fahrzeugen verwenden. Schließlich ist die Reichweite der Autos direkt von dieser Kapazität abhängig.

Das bedeutet aber nicht, dass derartige Akkus nutzlos sind. Denn sie lassen sich noch lange Zeit als stationäre Energiespeicher verwenden - für industrielle Zwecke, aber auch für Privathaushalte. Nach Berechnungen des ADAC können ausgemusterte Elektroauto-Akkus noch 10 bis 12 Jahre für derartige Zwecke eingesetzt werden.

Im industriellen Bereich dienen solche Speicher dazu, Schwankungen im Stromnetz auszugleichen, die bei Bedarfsspitzen entstehen oder aber wenn Kraftwerke, die auf erneuerbarer Basis arbeiten, zeitweilig nicht genügend Energie liefern. In Privathaushalten können ehemalige Elektroauto-Akkus Photovoltaikanlagen unterstützen, die naturgemäß keinen Strom liefern, wenn kein Sonnenlicht vorhanden ist.

Pilotprojekte

Im flächendeckenden Einsatz sind stationäre Speicher aus Elektroauto-Akkus derzeit nicht. Zum einen gibt es schlicht noch nicht genügend ausgemusterte Exemplare derartiger Akkus. Und zum anderen müssen laut dem ADAC erst die rechtlichen Rahmenbedingungen geschaffen werden unter anderem bezüglich der Haftung und der Verantwortung für die Entsorgung.

Es existieren jedoch schon einige größere Pilotprojekte. Unter anderem im Hamburger Hafen, im Amsterdamer Fußballstadion und auf dem BMW-Werksgelände in Leipzig.

Im Hamburger Hafen beispielsweise haben die Unternehmen Vattenfall, BMW und Bosch etwa 2.600 Akkumodule aus mehr als 100 BMWElektrofahrzeugen zu einem Stromspeicher zusammengeschaltet, der eine Speicherkapazität von etwa 2,8 MWh besitzt und die Aufgabe hat, Schwankungen im Stromnetz aufzufangen.

Mobile Ladestationen

E.ON und Volkswagen haben erst im Februar den Prototyp einer mobilen Ultraschnellladestation präsentiert, die sich unkompliziert dort aufstellen lässt, wo sie tatsächlich benötigt wird. In diesen Stationen kommen anfangs zwar neue Akkus zum Einsatz, später jedoch sollen sie ausrangierte Akkus von Elektroautos verwenden.


„Es besteht ein signifikantes wirtschaftliches und ökologisches Potenzial für Second-Life-Konzepte, wenn der Markt für Elektromobilität und Batteriespeicher wie vorgesehen wächst.“


VDE-Studie „Second-Life-Konzepte für Lithium-Ionen-Batterien aus Elektrofahrzeugen“

Remanufacturing

Aber nicht nur die Weiterverwendung von Autoakkus für stationäre Speicher ist möglich, sondern auch das so genannte „Remanufacturing“, also das Aufarbeiten der Akkus. Gemeint damit ist das Ersetzen einzelner Akku-Zellen oder Module, so dass der Akku wieder über eine ausreichende Kapazität verfügt, um weiterhin in Elektrofahrzeugen zum Einsatz zu kommen.

LEBENSZYKLUS EINES ELEKTROAUTO-AKKUS

Bis zu einer Kapazität von etwa 65 Prozent lassen sich Akkus noch vergleichsweise gut in Elektrofahrzeugen einsetzen. Anschließend können sie noch mehrere Jahre lang als Energiespeicher für industrielle Zwecke oder in Privathaushalten zum Einsatz kommen.

Erst wenn die Kapazität unter 30 Prozent gesunken ist, werden Akkus in der Regel außer Betrieb genommen und ihre Bestandteile recycelt.

INTELLIGENTE ZERKLEINERUNG

Dank einer elektrohydraulischen Zerkleinerungsanlage lassen sich die Materialien, aus denen Akkus bestehen, relativ leicht voneinander trennen.

Bild: Impulstec GmbH

Recycling

Die Rohstoffe, die in den Akkus von Elektroautos stecken, sind viel zu wertvoll, als dass man alte Akkus einfach entsorgen könnte. Stattdessen werden sie recycelt. Wiederverwertungsanlagen für Lithium-Ionen-Akkus existieren bereits. Allerdings sind sie noch nicht dafür vorbereitet, dermaßen große Massen von Akkus zu recyceln, wie es in Zukunft nötig sein wird. Darüber hinaus läuft das Recycling oft noch nicht effektiv genug ab.

Tragisch ist dies aber nicht, denn es wird noch etliche Jahre dauern, bis Akkus in tatsächlich großer Zahl recycelt werden müssen. Einfach weil 15 bis 20 Jahre vergehen, bis ein Akku tatsächlich unbrauchbar wird.

Dann aber spielt Recycling eine nicht zu unterschätzende Rolle: „Bei ambitioniertem Ausbau der Recyclinginfrastruktur für Lithium-Ionen-Batterien können im Jahr 2030 rund 10 Prozent und im Jahr 2050 sogar 40 Prozent des weltweiten Bedarfs dieser Rohstoffe für die Elektromobilität durch Batterierecycling gewonnen werden“, erläutert Dr. Matthias Buchert, Experte für nachhaltige Rohstoffe am Öko-Institut.

Ziel: 95 Prozent Wiederverwertung

Zum einen beschäftigen sich Fahrzeughersteller wie Volkswagen, Audi, BMW und Daimler mit dem Recycling von Akkus. „Seit zehn Jahren forschen wir bei Volkswagen, wie wir Rohstoffe zurückgewinnen können“, erklärt Thomas Tiedje, Leiter Technische Planung bei Volkswagen Group Components. Die Mehrfachnutzung dieser Rohstoffe sei auch deshalb so wichtig, weil deren Abbau und Nutzung für die CO2-Bilanz eines Unternehmens entscheidend sei

Zum anderen nehmen sich auch Firmen aus anderen Branchen dieser Problematik an - bei- spielsweise der Chemiekonzern BASF, das französische Metallurgie-Unternehmen Eramet und der ebenfalls französische Recycling-Spezialist Suez, die in einem von der EU geförderten Projekt zusammenarbeiten. Das Ziel besteht in der Regel darin, die Rohstoffe zu 95 Prozent zurückzugewinnen.

Schreddern, trocken und sieben

Das Recycling eines Akkus läuft prinzipiell folgendermaßen ab: Die Akkuzellen werden zunächst mit einem Schredder zerkleinert. Anschließend wird das Material erst getrocknet und dann gesiebt. Das Ergebnis dieser Bemühungen ist ein dunkles Pulver, in dem die Rohstoffe Nickel, Kobalt, Mangan und Lithium enthalten sind. Zu guter Letzt müssen diese Rohstoffe noch getrennt werden. Das geschieht mit Hilfe hydrometallurgischer Verfahren (also durch das Behandeln mit Lauge).

Verbindungen statt Metalle

Eine vielversprechende Alternative zum Schreddern hat die Fraunhofer-Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie entwickelt: Bei der elektrohydraulischen Zerkleinerung werden über eine elektrische Entladung Schockwellen auf die in Wasser liegenden Akkuzellen geleitet. Das beansprucht die Grenzbereiche zwischen den verschiedenen Materialien so stark, dass sich die einzelnen Bestandteile leicht voneinander trennen lassen.

Auf diese Weise gewinnt man nicht die elementaren Metalle zurück wie bei metallurgischen Verfahren, sondern die Akkumaterialien, die mit hohem Aufwand aus diesen Grundelementen hergestellt wurden - beispielsweise hochwertige Lithium-, Kobalt-, Nickel- und Mangan-Verbindungen sowie Kohlenstoffe.

Blick in die Zukunft

Mit welchen Entwicklungen bei den Akku-Technologien können wir in Zukunft rechnen?

Von den Lithium-Ionen-Akkus werden wir uns noch lange Zeit nicht verabschieden. Zu ausgereift ist deren Technik. Es ist allerdings zu erwarten, dass sich die Kapazität dieser Akkus in den nächsten zehn Jahren um 30 Prozent erhöhen wird. Eine der Methoden, die dies ermöglichen sollen, besteht darin, für das Material der Akku-Kathode statt Schichtoxiden mit unterschiedlichen Verhältnissen von Nickel, Mangan und Kobalt nun manganreiche Materialien mit Lithium-Überschuss zu verwenden, was die Energiespeicherfähigkeit deutlich erhöht. Allerdings verlieren derartige Hochenergie-Lithium-Ionen-Akkus derzeit noch sehr schnell ihre Leistungsfähigkeit.


„Die Lithium-Ionen-Feststoffbatterie ist in ihrem Aufbau sehr komplex und für die Materialwissenschaft eine große Herausforderung.“


Pierangelo Gröning, Mitglied der Direktion der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik haben den Ehrgeiz, die Kapazität von Lithium-Ionen-Akkus sogar um mindestens 70 Prozent zu steigern. Erreichen wollen sie dies, indem sie die Anode des Akkus nicht mehr mit einer Graphitschicht, sondern mit einer weitaus dünneren Schicht aus Silizium oder Lithium bedecken. Auch hier gibt es jedoch noch grundlegende Schwierigkeiten zu überwinden, so dass mit einem Prototyp eines derartigen Akkus nicht vor dem Jahr 2022 zu rechnen ist.

Schnelleres Laden

Neben der Kapazität der zweite Problembereich von Akkus: die relativ lange Ladezeit. Auch diesem Problem widmen sich etliche Wissenschaftler. Beispielsweise haben im Herbst 2019 Forscher der Pennsylvania State University eine Technologie vorgestellt, die es erlaubt, den Akku eines Elektroautos in nur zehn Minuten so weit aufzuladen, dass er wieder für eine Strecke von bis zu 480 Kilometern gerüstet ist.

Derart schnelles Laden zerstört einen Akku normalerweise - weil sich dabei auf der Anode eine Lithiumschicht bildet, was die Kapazität des Akkus verringert. Verhindern lässt sich das Entstehen einer solchen Schicht allerdings, wenn der Akku während des Ladens für zehn Minuten auf eine Temperatur von 60 Grad erhitzt und anschließend schnell wieder abgekühlt wird. Die relativ kurze Erhitzungsdauer und die schnelle Abkühlung sorgen dafür, dass der Akku bei dieser Methode nicht Schaden nimmt.

Feststoff-Akkus

Am vielversprechendsten für die zukünftige Stromversorgung von Elektrofahrzeugen ist die Technologie der Feststoff-Akkus. In derartigen Akkus kommt als Elektrolyt (durch den die Lithium-Ionen wandern) kein flüssiges, sondern festes Material zum Einsatz. Das ermöglicht eine höhere Energiedichte, also eine größere Kapazität. Volkswagen rechnet vor, dass sich mit einem Feststoff-Akku die Reichweite beispielsweise eines e-Golfs von derzeit 231 auf etwa 750 Kilometer erhöhen würde.

Neben diesem großen Vorteil bieten Feststoff-Akkus im Vergleich zu gegenwärtigen Lithium-Ionen-Akkus noch weitere Vorzüge: Sie lassen sich schneller aufladen, benötigen weniger Platz - und können nicht in Brand geraten.

Grundlegende Probleme zu lösen gibt es bei Feststoff-Akkus nicht mehr. Allerdings arbeiten die Forscher noch daran, die optimale Materialkombination zu finden. Darüber hinaus ist es nötig, neue Produktionstechniken zu entwickeln. Das führt dazu, dass Feststoff-Akkus in absehbarer Zeit noch nicht in Elektroautos auftauchen werden. Mit einer Serienproduktion kann man erst in einigen Jahren rechnen. Optimistische Fahrzeughersteller geben das Jahr 2025 als Ziel an, vorsichtigere Unternehmen gehen von 2030 aus.

Bild: Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

INTERNATIONALE KOOPERATION

Zahlreiche Unternehmen und wissenschaftliche Einrichtungen in aller Welt arbeiten an der Entwicklung von Feststoffakkus, die die wahrscheinlichsten Nachfolger der gegenwärtigen Lithium-Ionen-Akkus sind.

(Im Bild zwei Mitarbeiter der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt aus der Schweiz, die gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Silicatforschung in Würzburg ein dreijähriges Forschungsprojekt zu dieser Thematik betreibt.)