Elektroauto: so funktionieren die Batterien und Akkus
Wie lange halten Akkus eines Elektroautos?Aktueller Stand der ForschungTipps und Wissenswertes zum Thema Akku und BatterieEin Elektroauto fährt mit Batterie bzw. Akku und ohne fossile Brennstoffe. So weit, so bekannt. Doch wie funktioniert das eigentlich? Und wie lange hält ein Akku? Dies sind nur einige technische Fragen, die die Elektromobilität aufwirft und die sich beantworten lassen. Selbiges gilt natürlich auch für einen Ausblick auf den aktuellen Stand der Forschung und damit das E-Auto von morgen.
Wie funktionieren E-Auto Batterien bzw. Akkus?
Eine Batterie im Elektroauto ist nach aktuellem Stand der Technik ein Lithium-Ionen-Akku. Die Technik gleicht somit der eines Akkus im Smartphone, Tablet oder Notebook. Genau genommen müsste auch von mehreren Akkus bzw. Energiespeichern gesprochen werden, die bei einem E-Auto Akku zusammengeschaltet werden. Technisch funktionieren die Akkus nach dem Prinzip von positiv geladener Elektrode, der Kathode und der negativ geladenen Anode. Die Ionen, also die Teilchen mit elektrische Ladung, befinden sich im aufgeladenen Zustand in der Kathode und wandern beim Fahren bzw. Entladen zur Anode. Fährt ein Elektroauto an die Ladestation, so kehrt sich dieser Prozess um und die Ionen kehren in die Kathode zurück. Geladen wird dabei mit Wechselstrom, Drehstrom oder Gleichstrom, wobei letztere Variante schneller und effizienter ist. Das Lithium ist aktuell das Material der Wahl und zeichnet sich durch eine hohe chemische Reaktionsfähigkeit aus. Auch ist ein solcher Elektroauto Akku mit hoher Energiedichte versehen, muss allerdings gekühlt werden und benötigt ein umfangreiches Batteriemanagement.
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Was leistet der Akku eines Elektroautos?
In ihrer Leistung unterscheiden sich die Akkus je nach Fahrzeug voneinander. Maximal ist derzeit eine Batterie Kapazität von 98,7 kWh, wie sie im Ford Mustang Mach-E verbaut wird und auch der Porsche Taycan oder Audi e-tron liegen mit 93 bzw. 95 kWh im oberen Bereich. Oftmals werden die gängigen Elektroautos auch mit unterschiedlichen Batterien ausgeliefert. Dies gilt für den ID.3 von VW mit 48, 62 oder 82 kWh aber auch für kleine Fahrzeuge wie den Renault Zoe mit 41 oder 52 kWh. Relevant ist neben der reinen Batteriekapazität auch die Ladedauer und natürlich die Frage nach dem zusätzlich verbauten Gewicht. Mit anderen Worten muss für einen reinen City-Stromer nicht zwingend mit der größten Batterie ausgestattet werden – ökologischer sind natürlich die kleineren Akkus, weil diese auch weniger Rohstoffe verbrauchen. Umgekehrt ist wenig Kapazität im Winter teilweise ein Problem, weil ein E-Auto dann kaum 100 Kilometer schafft.
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Stichwort: Lebensdauer und Haltbarkeit
Die Lebensdauer und Haltbarkeit ist einer der relevantesten Faktoren bei einem Elektroauto Akku. Um diese zu erhöhen, empfiehlt sich der Verzicht auf eine Aufladung auf 100 Prozent der möglichen Kapazität. 80 Prozent reichen aus und auch ein häufiges und zu starkes Entladen ist nicht förderlich. Auch wird ein Elektroauto Akku geschont, wenn die Ladezeiten geringer ausfallen bzw. nicht mit Schnellladen gearbeitet wird. Hitze oder Kälte sind naturgemäß zu vermeiden und wenn das Elektroauto für eine längere Zeit abgestellt wird, so erfolgt dies am Besten mit einer mittleren Akkuladung.
Hinsichtlich der Lebensdauer einer Elektroauto Batterie bzw. eines Akkus sind derzeit noch Schätzungen erforderlich. Es wird allerdings davon ausgegangen, dass die Motoren aufgrund des Fehlens vieler Komponenten und Verschleißteile sowie dem nicht erforderlichen Motorenöl deutlich langlebiger ist als bei einem Verbrenner. Zehn bis 20 Jahre hält ein Akku ganz sicher aus und natürlich kann dieser auch ausgewechselt werden, ohne gleich ein neues Auto zu kaufen. Garantien von bis zu 100.000 Kilometer oder fünf bis zehn Jahre Lebensdauer werden von vielen Herstellern eingeräumt, wobei die Kapazität über die Jahre nur gering nachlässt. Hersteller wie Tesla geben beispielsweise bis zu 240.000 Kilometer oder acht Jahre eine Garantie über 70 Prozent der Speicherleistung und liegen damit in der Speicherleistung beim selben Wert wie VW, BMW, Fiat und viele andere der großen Autobauer.
Ausblick und Stand der Forschung
In Zukunft wird der Akku bei einem Elektroauto noch deutlich ausgereifter und leistungsstärker sein. Die Forschungen bewegen sich in mehrere Richtungen und versprechen eine Verbesserung der Haltbarkeit, Ladefähigkeit aber auch eine weitere Einsparung an Rohstoffen. Zu bedenken ist dabei, dass die aktuelle Technologie mit Lithium-Ionen-Akkus bereits seit rund 30 Jahren verwendet wird und derzeit viel über Natrium-Ionen-Technologie gesprochen wird. Im Grunde handelt es sich dabei um Salz als Werkstoff und somit eine potenziell unbegrenzte Ressource. Vorteile die Natrium bietet, sind enorm. Schnelleres Aufladen und Lebenszeiten im Bereich von mehreren Millionen Kilometern klingen bereits sensationell. Problematisch ist allerdings die noch geringe Energiedichte. Alternativ wird auch an Lithium-Schwefel-Batterien (Li-S) geforscht und auch hier werden die Ansätze und Möglichkeiten als vielversprechend angesehen.
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Fazit
Bereits zum heutigen Zeitpunkt sind die Akkus für ein Elektroauto überaus leistungsfähig und langlebig. Bemerkenswert ist die rasante Entwicklung der Forschung und die stetige Verlängerung der Reichweiten, die fast schon an die eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor heranreichen. Hinsichtlich des Verschleißes bietet ein E-Auto sogar bessere Werte, weil die Motoren deutlich weniger komplex als bei Benziner und Diesel konstruiert sind und zudem kein Motorenöl gebraucht wird.
Wirft man einen Blick in die sprichwörtliche „Kristallkugel“, so verspricht die Zukunft neue Akkutechnologien und die Herstellung von E-Auto Akkus auf Basis von Natrium oder Lithium-Schwefel könnte einen regelrechten Durchbruch ermöglichen. Vor allem Natrium bzw. Salz ist viel versprechend und schafft fast unbegrenzte Haltbarkeit und zudem mehr Umweltfreundlichkeit dank ausreichend vorhandener Rohstoffe.
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