Ist der Motor auch noch so fortschrittlich, das Design noch so überwältigend, ohne sie geht in der E-Mobilität nichts: die Batterie. Erst dieser nachhaltige Kraftstoffspeicher verleiht den Elektroautos ihren großen Vorteil, stellt sie aber auch gleichzeitig vor viele Herausforderungen. Die Forschung an Batterien und Akkumulatoren versucht, diese zu lösen. Im Magazin von Türkiye Elektrik erfahren Sie alle Einzelheiten zu den Akkusystemen in der E-Mobilität.
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Die Geschichte der Batterie in der E-Mobilität
Batterien, die für die E-Mobilität genutzt werden, blicken auf eine lange Geschichte zurück. Diese begann schon Mitte des 19. Jahrhunderts. Bereits 1854 wurde der erste Bleiakkumulator von Wilhelm Josef Sinsteden entwickelt und 1859 von Gaston Planté durch die spiralförmige Anordnung der Bleiplatten verbessert. Diese Technik bildete die Grundlage für die erste Antriebsbatterie, die in autarken Elektrofahrzeugen zum Einsatz kam: Im Jahr 1881 verbaute Gustave Trouvé einen aus sechs zusammengeschlossenen Bleizellen bestehenden Akku (Nennspannung 12 Volt) in das von ihm entwickelte Trouvé Tricycle, das erste offiziell anerkannte Elektrofahrzeug der Welt. In den darauffolgenden Jahren wurden die Bleiakkumulatoren in Leistung und Verbauung stetig weiterentwickelt und kamen in verschiedenen Fahrzeugen zum Einsatz, darunter auch in Triebwagen und Binnenschiffen.
Um 1900 herum wurden weitere Batterietypen als Alternativen zum Bleiakkumulator entwickelt. Hierzu zählen etwa der Nickel-Eisen-Akkumulator (Thomas Edison) und der Nickel-Cadmium-Akkumulator (Waldemar Jungner). Gerade ersterer zeichnete sich durch seine hohe Lebensdauer aus. Beide Technologien konnten ihren Vorgänger jedoch nicht verdrängen und so blieben zyklenfeste Bleiakkumulatoren bis zum Ende des 20. Jahrhundert der Standard in der E-Mobilität.
Durch die Entwicklung und den rasanten Aufschwung von Autos mit Verbrennungsmotor und elektrischem Anlasser verloren Elektrofahrzeuge zunehmend an Bedeutung und auch die Batterieentwicklung stagnierte. Lediglich in U-Booten und Triebwagen, oder aber in kleinen Industriefahrzeugen wie Gabelstaplern oder Lastkarren, kamen noch Bleiakkumulatoren zum Einsatz. Erst in den 1990er-Jahren erlangte die E-Mobilität in der Automobilbranche wieder einen Aufschwung, als das California Air Resources Board (CARB) eine gesetzliche Regelung zur Luftreinhaltung erließ. Diese sah vor, dass in den Folgejahren ein gewisser Prozentsatz der neu zugelassenen Fahrzeuge im „Sunshine-State“ emissionsfrei sein sollte. So zwang die Politik die Automobilhersteller weltweit zum Umdenken. Durch diese Entwicklungen geriet die E-Mobilität und die Batterie-Forschung wieder stärker in den Fokus der Wissenschaft.
Während in den ersten Serien der neuen E-Autos noch weiterhin Bleibatterien zum Einsatz kamen, wurden bereits in der Mitte der 1990er-Jahre neue, bessere Akkus entwickelt und weiter optimiert. Hier wären zuallererst der Nickel-Metallhybrid-Akkumulator und die sogenannte ZEBRA-Batterie zu nennen, welche aus Natrium-Nickelchlorid-Zellen bestand und durch hohe Speicherkapazitäten, Sicherheit und kompakte Anordnung bestach. In dieser Zeit entstanden auch die Grundlagen für die Verwendung von Lithium-Ionen-Akkumulatoren in der E-Fahrzeugbranche, welche schließlich im 21. Jahrhundert Usus wurden.
Heutiger Standard in der E-Mobilität: Lithium-Ionen-Batterien
Das Funktionsprinzip der Lithium-Ionen-Batterie wurde bereits in den 1970er-Jahren erforscht und über die nächsten Jahrzehnte stetig weiterentwickelt. Erste kommerzielle Anwendung fand der Akku in tragbaren Geräten wie Digitalkameras, Mobiltelefonen, Laptops und Tablets aufgrund seiner hohen Leistungsfähigkeit bei einem vergleichsweise geringen Gewicht. Ihre Bedeutung in der E-Mobilität erlangte die Batterie hingegen erst Anfang des 21. Jahrhunderts, als die Nachfrage an Elektroautos und Hybridfahrzeugen deutlich anstieg und alternative Akkusysteme den Anforderungen der Kunden nicht mehr gerecht werden konnten.
Lithium-Ionen-Batterien zeichnen sich durch ihre hohe Energiedichte, also eine hohe Kapazität bei wenig Gewicht, eine geringe Selbstentladung sowie eine vergleichsweise lange Lebensdauer aus. Auch sind sie nicht anfällig gegenüber häufigen Teilentladungen. Während diese die Lebenszeit bei einem Lithium-Ionen-Akku sogar verlängern können, führen sie bei Nickel-Cadmium- und teils auch bei Nickel-Metallhybrid-Akkumulatoren zum sogenannten „Memory-Effekt“. Hierbei stellt sich die Batterie, wenn sie viele Male nur etwa zur Hälfte entladen wurde, darauf ein und ihre Nennkapazität sinkt weitaus schneller, da ihr suggeriert wird, dass sie ohnehin geringere Energiemengen bereitstellen muss. Bei Lithium-Ionen Batterien kommt es zu keinem Memory-Effekt und nicht zuletzt sind sie im Vergleich zu Blei- oder Nickel-Akkus ungiftig.
Die Zukunft der Batterien in der E-Mobilität
Obwohl sich die Lithium-Ionen-Batterie in der E-Mobilität mittlerweile als beste Wahl hervorgetan hat, ist ihre Entwicklung noch lange nicht abgeschlossen. Forscher sind stets bemüht, sowohl Leistung und Sicherheit als auch die Lebensdauer immer weiter zu verbessern, damit höhere Reichweiten, schnellere Ladegeschwindigkeiten und eine längere Nutzung der Akkus möglich werden. Selbstverständlich sollen auch die Kosten der Produktion und die Umweltbelastung bei der Herstellung sinken.
Hierbei spielt jedoch nicht nur die Verbesserung der Lithium-Ionen-Technologie, sondern ebenfalls die Entwicklung neuer Batterietypen eine wichtige Rolle, sowohl aufbauend auf bestehenden Konzepten als auch auf gänzlich andere Akkusysteme. So können zum Beispiel Lithium-Silizium- oder Lithium-Schwefel-Batterien eine höhere Reichweite, weniger Gewicht und eine günstigere Produktion ermöglichen. Auch Redox-Flow-Batterien, welche in elektrochemischer Hinsicht Brennstoffzellen ähneln, oder Magnesium-Akkumulatoren zeigen vielversprechende Ergebnisse in Forschung und Entwicklung. Ob dies dafür sorgt, dass es sich bei der Lithium-Ionen-Batterie doch nur um eine Zwischenlösung handelt, bleibt abzuwarten. Sämtliche Innovationen weisen noch viel ungenutztes Potenzial auf. Auch muss weiterhin an den Schwachstellen der Batterien geforscht werden.
Die Batterie bestimmt die E-Mobilität maßgeblich
Es ist nur logisch, dass der Erfolg oder der Niedergang der E-Mobilität von der Batterie und deren Weiterentwicklung abhängt. Künftige Konzepte versprechen Leistung, Reichweiten und Ladegeschwindigkeiten, die Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor in nichts mehr nachstehen. Wann diese Technologien jedoch serienreif sind, steht bislang noch nicht fest.
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Die Mobilitätswende und damit auch die Energiewende kann nur gelingen, wenn die Batterien der Elektrofahrzeuge 100 % Ökostrom speichern. Dafür ist ein Ausbau der erneuerbaren Energien unabdingbar. Wir von Türkiye Elektrik fördern die regenerativen Energiequellen nach bestem Wissen und Gewissen, denn etwas anderes kommt uns gar nicht aus der Steckdose. Für uns ist wichtig, dass Kunden nachhaltigen Strom zu fairen Preisen erhalten. Daher haben wir unseren Strompreisvergleich für Ökostrom entwickelt und uns dafür Hilfe vom Verbraucherportal Verivox geholt. Geben Sie einfach Ihre Daten in den Rechner ein und innerhalb weniger Sekunden erhalten Sie einen Überblick über alle Ökostromtarife in Ihrer Region. Damit wird der Wechsel zu Ökostrom zum Kinderspiel. Stundenlanges Vergleichen der Websites einzelner Anbieter entfällt.
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