Grundlagen Akkus

Was man zu Akkus in Elektroautos wissen sollte.

Welche Akkutypen werden in Elektroautos eingesetzt?

Bislang wurden in E-Autos vorrangig Lithium-Ionen-Akkus eingesetzt. Diese speichern Energie in chemischer Form und geben diese Energie dann beim Fahren als elektrische Energie wieder ab. Im Prinzip unterscheiden sich Akkus in E-Autos grundsätzlich nicht von den Akkus, die beispielsweise in Smartphones zum Einsatz kommen. Da ein E-Auto wesentlich mehr Energie benötigt, werden die Akkus in Module unterteilt, die wiederum aus einzelnen Zellen bestehen.

Der LFP-Akku ist eine spezielle Art des Lithium-Ionen-Akkus, bei dem die Elektrode statt aus Lithium-Cobalt aus Lithium-Eisenphosphat besteht. Daher kann bei der Produktion von LFP-Akkus auf das seltene Cobalt verzichtet werden, wodurch sie günstiger werden. Allerdings sind LFP-Akkus weniger kälteresistent. Wenn die Umgebungstemperatur sinkt, verliert ein LFP-Akku schnell an Leistung. LFP-Akkus sind in letzter Zeit häufig im Zusammenhang mit chinesischen Hersteller BYD genannt worden. Der Hersteller nennt seine Akkus „Blade-Batterien“ und soll diese ab dem 2. Quartal 2022 vor allem an Tesla liefern. Das Besondere an den Blade-Akkus sind nach Angaben von BYD die extrem hohe Anzahl von 3.000 möglichen Ladezyklen.

Eine neue Akku-Technologie wird wohl Ende 2023 an den Start gehen. Beim sogenannten Natrium-Ionen-Akku wird auf kostspielige Rohstoffe wie Lithium, Kupfer, Nickel und Kobalt verzichtet. Die nötigen Rohstoffe für Natrium-Ionen Akkus sind leichter zugewinnen und energieärmer zu verarbeiten. Zudem sind Natrium-Ionen Akkus weniger brennbar, besser schnellladefähig und leistungsfähiger bei niedrigen Temperaturen. Diese neue Form des Akkus ist insgesamt nachhaltiger und kostengünstiger in der Herstellung.

Auch interessant?

Akku-Ladetechnik Welche Ladestandards gibt es? Das anfängliche Durcheinander bei den Ladestandards hat sich weitgehend gelegt. In Europa haben sich zwei Typen ... weiter
Infos zu Wallboxen Was ist eine Wallbox und wozu braucht man sie? Wallboxen sind Wandladestationen für den privaten Gebrauch zu Hause. Im Gegensatz zu einer normalen ... weiter

Der dritte Akku-Typ befindet sich ebenfalls noch in der Entwicklung. Die sogenannten Feststoff-Akkus sollen Ende 2022 zur Marktreife gelangen. Feststoff-Akkus sind weniger komplex als Lithium-Ionen-Akkus, bieten eine höhere Energiedichte und sind deutlich günstiger in der Herstellung. Feststoff-Akkus werden außerdem kleiner sein, so dass die Reichweite beim E-Auto deutlich wachsen wird. Der chinesische Elektroauto-Hersteller Nio hat eine Feststoff-Batterie angekündigt, die für eine Reichweite von mehr als 1.000 km sorgen soll.

Das deutsche Fraunhofer-Institut arbeitet an einem Akku mit SALD-Technologie, die ebenfalls für extreme Reichweiten sorgen soll und zudem etwa fünfmal so schnell geladen werden kann wie ein heutiger Lithium-Ionen-Akku. Geforscht wir an neuen Akku-Typen für die Elektromobilität weltweit. Bis die neuen Akkus zur Marktreife gelangen, wird die Lithium-Ionen-Batterie weiterentwickelt, so dass auch hier in naher Zukunft Fortschritte bei Reichweite, Ladedauer und Umweltverträglichkeit zu erwarten sind.

Ebenfalls an neuen Akku-Technologien wird in Japan geforscht. Das TEC-Unternehmen SoftBank forscht in Zusammenarbeit mit dem nationalen Institut für Materialwissenschaften an einem Lithium-Luft-Akku, der mit einer im Vergleich zu heutigen Akkus doppelten Energiedichte aufwarten soll (500 Wh/kg statt 250 Wh/kg). Derzeit gibt es allerdings noch ein Problem mit der volumetrischen Dichte. Anders gesagt: Der Lithium-Luft-Akku ist noch viel zu groß, um in Elektroautos zum Einsatz kommen zu können. Außerdem sind bislang nur sehr wenige Ladezyklen mit diesem Akku-Typ möglich und die verwendeten Materialien sind recht teuer. Außer der hohen Energiedichte gibt es also jede Menge Nachteile, die noch aus dem Weg geräumt werden müssen. Bis zur Marktreife von Lithium-Luft-Akkus dürften noch etwa 10 Jahre vergehen.

Welche Probleme entstehen bei der Herstellung von Akkus für E-Autos?

Obwohl verschiedene Studien zu unterschiedlichen Ergebnissen kommen, gilt das bei der Produktion von Akkus entstehende CO2 als ein großes Problem. Bevor ein Elektroauto also auf die Straße kommt, hat es bereits einen großen sog. „CO2-Rucksack“ im Gepäck. Dieser wird im Vergleich zu Autos mit Verbrenner-Motor im Laufe der Zeit allerdings immer kleiner, weil im Betrieb des Elektroautos kein CO2 ausgestoßen wird.

Wie lange hält der Akku im E-Auto und was passiert mit ihm, wenn er leer ist?

Ein E-Auto-Akku mit Lithium-Ionen-Technik kann etwa 1.500 bis 2.500-mal aufgeladen werden. Bei einer durchschnittlichen Reichweite von ca. 200 km pro Ladung ergibt dies eine Laufleistung von 300.000 bis 500.000 Kilometern. Modernere Akkus sollen bereits bis zu 3.000-mal geladen werden können. Im Laufe der Zeit verlieren die Akkus allerdings an Kapazität, so dass am Ende eines Akkulebens nur noch 70 bis 80 Prozent der ursprünglichen Kapazität vorhanden sind.

Die Auto-Hersteller geben auf ihre Akkus in der Regel eine Garantie von 8 Jahren. Besitzt ein Akku für ein E-Auto nicht mehr genug Kapazität, kann er für andere Aufgaben eingesetzt werden oder er wird recycelt. Bei der sogenannten „Second-Life“ Anwendung kann der Akku z.B. als Stromspeicher in privaten Haushalten für weitere 10 bis 12 Jahre eingesetzt werden, da der Akku hier wegen gleichmäßigeren Lade- und Entladephasen deutlich weniger beansprucht wird.

> für alte Akkus gibt es drei Optionen: Recyceln, Schreddern oder Weiterverwendung an anderer Stelle


Eine weitere Option ist das Recycling von Akkus, welches allerdings derzeit aufgrund der benötigten Energie noch weitgehend unrentabel ist. Zum Recyceln von Auto-Akkus gibt es zwei Ansätze: Das Einschmelzen oder die mechanische Aufbereitung. Die Recycling-Quote liegt bei der Aufbereitung bei 90%. Der CO2-Rucksack des Akkus könnte bei dieser Art des Recyclings um etwa 40% reduziert werden.

Bisherige Anlagen zum Akku-Recycling stehen in Bremerhaven, Brüssel und Salzgitter. Volkswagen betreibt seit Anfang 2021 die Pilot-Anlage in Salzgitter und kann dort pro Jahr 3.600 Akku verarbeiten. Ein typischer Akku eines Elektroautos enthält vor allem sehr viel Aluminium, Kunststoff und Stahl. Außerdem können etwa 4 kg Lithium, 11 kg Mangan, 12 kg Kobalt, 12 kg Nickel und 33 kg Grafit recycelt werden.

Derzeit befinden sich ein Großteil des Akkus für E-Autos noch im Einsatz entweder in den Elektroautos selbst oder in Second-Life Anwendungen. Es wird daher noch etwas dauern, bis das Recycling von Akkus in größeren Stückzahlen beginnen wird.

Wie schwer sind die Akkus in E-Autos und wo sitzen diese?

Bei modernen E-Autos sitzen die Akkugehäuse mit den einzelnen Akkumodulen im Fahrzeugboden. Das Akkugehäuse schützt die Akkus bei Unfällen und der Einbau im Fahrzeugboden sorgt wegen des hohen Gewichts der Akkus für einen tiefen Schwerpunkt, was dem Fahrverhalten zugutekommt. Das Gewicht eines E-Auto-Akkus liegt zwischen 250 kg und 700 kg.