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Die Leistung steigt, der Preis fällt

Von Thomas Weibold   28. Dezember 2013 00:04 Uhr

Die Leistung steigt, der Preis fällt
1000 Ladezyklen sollten für moderne Lithium-Ionen-Akkus kein Problem sein. Lange Garantien für die Akkus sollen Vertrauen schaffen.

Akkus: Entstehen durch Lithium-Ionen-Akkus neue Rohstoffabhängigkeiten? Sind die Stromspeicher umweltschädlich und wie sieht es mit der Wiederverwertung aus?

Einen wesentlichen Anteil am Erfolg oder Misserfolg der Elektroautos haben die Akkus, die als Energiespeicher dienen. Sie sind das Um und Auf für die Reichweite und haben starken Einfluss auf den Preis des Fahrzeuges.

Den aktuellen Stand der Technik bilden Lithium-Ionen-Akkus. Sie sind zwar sehr teuer, bieten aber die höchste Energiedichte bei geringerem Bauraum als Nickel-Metallhydrid-Akkus. Die Energiedichte ist ein zentraler Wert. Sie gibt an, wie viel Energiemenge in Wattstunden (Wh) pro Kilogramm Gewicht gespeichert werden kann. Lithium-Ionen-Akkus erreichen eine Energiedichte von bis zu 190 Wh/kg.

Je nach Modell verbrauchen E-Autos zwischen elf und 17 kWh auf 100 Kilometer. Für eine adäquate Reichweite sind daher entsprechend große und schwere Akkus nötig.

Die Wissenschaft widmet sich aktuell der Optimierung von Lithium-Ionen-Akkus. An der Technischen Universität Graz gibt es eine eigene Arbeitsgruppe zur Erforschung von Lithium-Batterien unter Leitung von Professor Martin Wilkening. Michael Sternad, Mitglied dieser Arbeitsgruppe, sieht vor allem durch neue Kathoden- und Anodenmaterialien Möglichkeiten, die Energiedichte der Akkus zu erhöhen.

Wie bei vielen Entwicklungen bestimmt die Nachfrage den Preis. Ausgehend vom Jahr 2008 hat sich der Preis für Lithiumzellen von 1000 Euro pro Kilowattstunde auf aktuell 200 Euro verringert.

Bei den verwendeten Materialien sehen die Experten keine neuen Rohstoffabhängigkeiten heraufziehen. Die benötigten Materialien wie Nickel, Kupfer, Aluminium und Kobalt sind gut verfügbar. Der Anteil von Lithium in den Akkus beträgt rund drei Prozent und auch dafür gibt es noch zahlreiche unerschlossene Vorkommen (z. B. in Bolivien und Chile). Seltene Erden kommen in den Akkus nicht zum Einsatz, allerdings bei den Elektromotoren.

Recycling in Entwicklung

Nicht verschwiegen werden soll auch, dass vor allem die verwendeten Metalloxide in den Akkus für die Umwelt schädlich sind, außerdem besteht bei Lithium-Ionen-Akkus eine Brandgefahr, die entsprechende Schutzmaßnahmen erfordert.

Was mit den Akkus am Ende ihrer Lebensdauer, die bis zu zehn Jahre beträgt, geschieht, ist noch nicht ganz klar. Recycling ist aufwendig, aber möglich, und mit der steigenden Nachfrage wird es auch hier Lösungen geben.

Lithium-Ionen-Akkus: Daten und Fakten

Funktionsweise: Die in Lithium-Ionen-Akkus gespeicherte Energie wird abgegeben, indem ein Elektron eines Lithium-Atoms über den externen Stromkreis von der negativen zur positiven Elektrode fließt, während gleichzeitig ein Lithium-Ion durch den Elektrolyten von der negativen zur positiven Elektrode wandert.

Entwicklung: Verbesserungspotenzial besteht bei der Energiedichte und der Wiederaufladbarkeit. Eine Steigerung der Energiedichte wäre durch die Nutzung von Silicium anstelle von Graphit als negativem Elektrodenmaterial möglich. Noch höhere Energiedichten versprechen Lithium-Schwefelbatterien und die im experimentellen Stadium befindliche Lithium-Luft-Batterie.

Lebensdauer: Jeder Ladevorgang beansprucht die Akkus. Ein Aufladen unter 0 Grad Celsius sollte vermieden werden. Unter normalen Bedingungen behalten Lithium-Ionen-Akkus 80 Prozent ihrer Kapazität für einen Zeitraum von fünf bis sieben Jahren.

Garantien: E-Autohersteller bieten für ihre Akkus meist längere Garantien (Renault/Nissan fünf Jahre, BMW und VW sogar acht Jahre).

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