Energie durch E-Auto-Batterie
Aufbau und Funktion des Akkus in E-Autos
Elektroautos werden von Jahr zu Jahr besser, die Leistung des Elektroantriebs steigt, die Reichweiten werden größer und so wächst die Anzahl der möglichen Kilometer. Dadurch gewinnt die Elektromobilität an Popularität und könnte in der Zukunft die Verbrenner ablösen. Bereits jetzt bieten Elektroautos Vorteile gegenüber Standardautos. Dazu gehört auch die in Elektrofahrzeugen verbaute Batterie, die insbesondere beim Laden zu Hause oder über spezielle Stromtarife oft günstiger betrieben werden kann als ein Fahrzeug mit fossilen Kraftstoffen.
Der Aufbau und die Funktionsweise von Elektroautos wirkt im Gegensatz zu Verbrennern eher einfach. Weniger Komponenten spielen eine Rolle, dadurch scheint das Zusammenspiel nicht so komplex. Neben dem Elektromotor ist der Akku bzw. die Batterie des Elektroautos der wichtigste Bauteil. Durch den Motor wird elektrische Energie in Bewegungsenergie umgewandelt und das E-Auto fährt. Doch ohne die Energie, die Batterien für E-Autos schaffen, würde diese Technik nicht funktionieren. Daher wird in diesem Ratgeber der Energielieferant E-Auto-Batterie genauer betrachtet. Welche Batterien werden für Elektroautos verwendet, wie funktionieren sie, welche Lebensdauer ist zu erwarten und welche Kapazitäten können sie aufbringen?
energis Kundenberater
Das Wichtigste in Kürze zu E-Auto-Batterien
E-Auto-Batterie: Die Batterie ist ein zentraler Bestandteil eines Elektroautos und speichert die elektrische Energie, die für den Antrieb notwendig ist. Sie besteht aus mehreren Modulen mit Batteriezellen, die aus Lithium-Ionen oder Lithium-Eisenphosphat bestehen und ermöglichen eine Reichweite von 350 bis zu 700 Kilometern pro Ladung.
Reichweite: Die Kapazität der Batterie, gemessen in Kilowattstunden (kWh), bestimmt die Reichweite des Elektroautos. Größere Batterien ermöglichen eine längere Fahrtstrecke.
Lebensdauer: Die Lebensdauer der Batterie kann durch schonendes Laden, moderate Fahrweise und regelmäßige Wartung verlängert werden. Extremes Schnellladen oder häufiges Entladen verringern die Lebensdauer der Batterie.
Technologie: Lithium-Ionen-Batterien sind am weitesten verbreitet und bieten hohe Energiedichte, sind aber teuer in der Herstellung. Alternativen wie Natrium-Ionen-Batterien und Feststoffbatterien befinden sich weiterhin in der Entwicklung und könnten künftig eine kostengünstigere und umweltfreundlichere Option darstellen, werden aber voraussichtlich erst ab 2027/2028 in Serienfahrzeugen verfügbar sein.
Akku für Elektroauto als teuerster Bauteil
Die Kosten für ein E-Auto übersteigen aktuell zum Zeitpunkt der Anschaffung noch die Kosten der meisten Verbrenner. Dabei können bis zu 30 Prozent des Preises auf den Akku zurückgeführt werden. Damit ist der Akku für ein Elektroauto der größte und der teuerste Bauteil. Bei einer E-Auto-Batterie können Kosten zwischen 5.000 und 15.000 Euro anfallen.
Diese Kosten entstehen nicht nur durch die Herstellung, sondern vor allem durch die Leistung, die eine Batterie erbringen muss. Denn um Energiemengen von 15 bis 30 Kilowattstunde (kWh) zu erreichen, arbeiten mehrere Batteriemodule zusammen. Innerhalb der Module des Elektroautos befinden sich Hunderte sogenannte Batteriezellen, für die Ressourcen benötigt werden. Auch die verwendeten Ressourcen wie Lithium, Kobalt, Nickel und Mangan sind weiterhin kostenintensiv, wobei die Preise je nach Marktphase stark schwanken.
Akku oder Batterie – was steckt in E-Autos?
Geht es um Elektroautos, fallen fast immer die Begriffe Akku und Batterie. Da stellt sich die Frage, was liefert denn den Strom zum Motor, der Akku oder die Batterie? Die Antwort ist – beide. Denn Akku und Batterie sind dasselbe, auch in E-Autos. Batterie ist der Oberbegriff für Energiespeicher, wie sie auch in Elektroautos verwendet werden. Jeder Akku ist eine Batterie, jedoch nicht jede Batterie ein Akku.
Der Unterschied liegt in der Wiederverwendbarkeit, denn Akkumulatoren (Akkus) können neu aufgeladen und weiter genutzt werden. Da die Batterie von Elektrofahrzeugen immer wieder mit Strom aufgeladen werden können, handelt es sich auch um einen Akku.
Die Batterie eines Elektroautos ist das Herzstück der Mobilität der Zukunft. Ihre Leistung und Lebensdauer beeinflussen nicht nur die Reichweite des Fahrzeugs, sondern auch die Umweltbilanz und die Betriebskosten. Der technologische Fortschritt in der Akku-Entwicklung wird in den kommenden Jahren entscheidend sein, um Elektromobilität für eine breitere Masse zugänglich und nachhaltig zu gestalten.
Thomas Schneider - energis Kundenberater
Welche Batterien werden für Elektroautos verwendet?
Theoretisch können für Elektroautos verschiedene Batterien genutzt werden. Möglich sind Festkörperbatterien, die aus einem Feststoff bestehen, die Redox-Flow-Batterie, die Magnesium-Schwefel-Batterie oder Nickel-Metallhybrid-Batterien.
Batterien wie die Feststoffbatterie scheitern an der Leistung oder auch an der Ladedauer, denn bereits nach wenigen Ladezyklen verlieren die Akkus an Kapazität. Aufgrund des geringen Gewichts und der höheren Leistung haben sich jedoch bei aktuellen E-Autos Lithium-Ionen-Batterien durchgesetzt.
Bei dieser Batterieart besteht der Minuspol (Kathode) aus Lithium-Metalloxid und der Pluspol (Anode) aus Graphit.
Vorteile der Lithium-Ionen-Batterien | Nachteile der Lithium-Ionen-Batterien |
|---|---|
Kompakte Bauform | Aufwendiges Batteriemanagement |
Geringes Gewicht | Hohe Produktionskosten |
Hohe Energiedichte | Entzündlich – Kühlung nötig |
Hohe Lebensdauer |
|
Neben der Lithium-Ionen-Batterie gibt es auch noch die Lithium-Eisenphosphat-Batterie. Im Vergleich zu anderen Lithium-Batterien schafft Eisenphosphat mehr Sicherheit im Elektroauto, denn es ist thermisch stabiler und neigt weniger zu Überhitzung oder Entflammung. Es bietet eine höhere Anzahl an Ladezyklen und eine längere Lebensdauer.
Ein weiterer Nachteil dieser, aber auch vieler anderer Batterien, ist der Umweltaspekt. Um die Batterien für Autos herzustellen, werden Rohstoffe wie Lithium, Kobalt, Nickel, Grafit oder Mangan benötigt. Der Abbau dieser Rohstoffe steht schwer in der Kritik, denn in den Abbauländern entstehen große Umweltschäden, die wiederum zu einem verherrenden Umweltdesaster werden können, und Fälle von Kinderarbeit. In der Batterieherstellung für Elektroautos wird dieses Problem schon angegangen und einige Hersteller kaufen die Rohstoffe aus Ländern mit einem höheren Umwelt- und Arbeitsschutz. Ebenfalls wird auch an Technologien geforscht, Batterien aus Rohstoffen wie Kunststoff herzustellen. Aufgrund der verwendeten Rohstoffe ist das Recycling dieser Akkus nicht ganz einfach. Wie Sie beim Batterierecycling vorgehen sollten, lesen Sie in unserem Ratgeber „E-Auto Akku entsorgen“.
Die Entwicklung von Feststoffbatterien, die feste Elektrolyte verwenden, verspricht höhere Energiedichten und verbesserte Sicherheitsmerkmale. Allerdings befindet sich diese Technologie noch in der Entwicklungsphase und muss erst noch Herausforderungen wie Langlebigkeit und Kostenüberlegungen überwinden.
Woraus bestehen E-Auto-Batterien? – Aufbau und Funktion
Um herauszufinden, woraus Batterien für Ihr Elektroauto bestehen, schauen wir uns den Aufbau und die Funktion genauer an: Bei E-Autos hat sich das sogenannte Skateboard-Fahrgestell als effektiv erwiesen. Dieser Unterbau ist bereits fahrbereit und ermöglicht einen frei wählbaren Aufbau. In dieser Plattform befindet sich der Energiespeicher der E-Auto. Alle Module des Akkus befinden sich in einem Grundträger, dem „Crashrahmen“, der die Bauteile vor Beschädigungen schützt. Kommen in der Batterieherstellung bei E-Autos Lithium-Ionen-Batterien für die Autos zum Einsatz, befindet sich in dem Rahmen ebenfalls ein Kühlsystem. Eine E-Auto-Batterie hat je nach Modell ein Gewicht von 250 bis über 800 Kilogramm. Bei großen SUVs oder Premiumfahrzeugen kann sie sogar noch schwerer sein. Entscheidend sind jedoch Kapazität und Energiedichte des Akkus.
Aber woraus bestehen E-Auto-Batterien jetzt genau?
Der Aufbau einer Elektroauto-Batterie kann nicht mit einer herkömmlichen Batterie verglichen werden, denn der Akku besteht aus mehreren Batteriemodulen. In den Modulen des Autos befinden sich Batteriezellen. Diese Zellen sorgen für den chemischen Vorgang der Stromproduktion sorgen. Der Akku eines Autos besteht im Falle eines E-Autos aus zwei Elektroden, der Kathode und der Anode, die durch ein Leitmedium, dem Elektrolyt, getrennt sind. Im Ruhezustand befinden sich mehr Elektronen an der Kathode als an der Anode, so entsteht die elektrische Spannung. Wird das Auto gestartet und der Motor muss mit Strom versorgt werden, wandern die überschüssigen Elektronen über ein Kabel von der Kathode zur Anode, dadurch fließt Strom.
Strom ist nichts anderes als wandernde Elektronen, also negativ geladene Teilchen aus einem Atom. Im Fall der Lithium-Ionen-Batterien wandern Lithium-Ionen von der Kathode zur positiven Anode. Dieser Vorgang beschreibt die Entladungsphase. Die Batteriezellen des Autos werden über einen speziellen Stromkreis überwacht.
Da es sich um einen Akku handelt, kann die verlorene Energie wieder aufgeladen werden. Beim Laden des E-Autos an einer Ladestation passiert der gegenteilige Prozess, die zugeführte Energie bewirkt, dass die Elektronen von der positiven Anode zu der negativen Kathode wandern.
Die Effizienz der Lithium-Ionen-Batterie hängt stark von der Qualität der Elektroden und dem Elektrolyt ab. Während die Elektroden den elektrischen Strom zwischen Anode und Kathode leiten, ermöglicht der Elektrolyt den Transport der Lithium-Ionen und trägt entscheidend zur Leistung der Batterie bei.
Was beeinflusst die Kapazität der Elektroauto-Batterien?
Zusammen mit dem Stromverbrauch spielt die Kapazität einer Elektroauto-Batterie eine Rolle in der möglichen Reichweite des E-Autos. Grundsätzlich gilt: Je größer die Kapazität des Akkus, desto größer auch die Reichweite. Sie sagt aus, wie groß die Menge an Strom ist, die der Akku speichern kann. Bei Elektromobilität wird die Kapazität meist in Kilowattstunden (kWh) angegeben. Die aktuell größten Batterien für Serien-Elektroautos fassen über 120 kWh (z. B. im Lucid Air), womit Reichweiten von über 700 Kilometern möglich sind.
Die Kapazität bestimmt sich aus der Anzahl, der Größe und der Art der Batteriezellen im Elektroauto. Damit die Reichweiten der Fahrzeuge gesteigert werden können, soll in der Batterieherstellung bei Elektroautos die Energiedichte in E-Batterien zukünftig erhöht werden. Die Energiedichte einer Lithium-Ionen-Batterie gibt an, wie viel Energie in einem Kilogramm gespeichert werden kann. Brennstoffe wie Benzin weisen eine Energiedichte von 12.000 Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg) auf. Lithium-Ionen-Batterien im Automobilbereich erreichen heute Energiedichten von 180-300 Wh/kg. Das bedeutet, die in E-Autos verbauten Akkus haben ein geringeres Gewicht bei gleicher Ladung Energie. Steigt die Energiedichte, können mehrere Zellen bei gleichem Platz untergebracht werden, das steigert die Kapazität der Batterie.
Lebensdauer der Elektroauto-Batterien steigern
Nimmt die Kapazität der Elektroauto-Batterie im Laufe der Jahre ab, mindert das den Wert, die Leistung und die Reichweiten werden geringer. Einen neuen Akku im Auto einbauen zu lassen, ist sehr kostspielig, daher sollte schonend mit E-Batterien umgegangen werden, das erhöht die Lebensdauer. Beachtet man beim Aufladen der Batterie, bei der Fahrweise und der Unterbringung des Fahrzeugs einige Aspekte, kann dies zu einer längeren Lebensdauer bei hoher Kapazität der E-Auto-Batterien führen.
Schonendes Aufladen der Batterie: Extreme Ladestände strapazieren den Akku, deshalb sollte der Ladestand idealerweise zwischen 20 und 80 Prozent gehalten werden. Vollladungen sind nur vor längeren Fahrten sinnvoll.
Schnarchladungen anstatt Schnellladen: Langsames Aufladen führt zu einer höheren Lebensdauer der Batterie. Besonders, wenn E-Autos Zuhause laden, bieten sich Schnarchladungen an.
Moderate Fahrweise: Bei kalten Temperaturen wirkt sich starkes Beschleunigen und Bremsen negativ auf die Batterie aus, da sich die Zellen langsamer erwärmen und dadurch stärker belastet werden.
Temperaturen beachten: Hohe und sehr niedrige Temperaturen beeinträchtigen die Batteriekapazität des Fahrzeugs. Bei hohen Temperaturen sollte das Auto im Schatten stehen, bei niedrigen Temperaturen geschützt, z. B. in einer Garage.
Bei langen Standzeiten sollte die Batterie des E-Autos eine mittlere Akkuladung aufweisen.
Regelmäßige Wartungen: Mindestens einmal im Jahr sollte ein E-Auto gewartet werden.
Während Schnellladen eine bequeme Lösung für unterwegs bietet, kann es die Lebensdauer der Batterie beeinträchtigen. Ein ausgewogener Einsatz von Schnellladung und Schnarchladung ist daher für die Langlebigkeit des Akkus empfehlenswert. Durch das Beachten dieser Tipps kann die Leistung der Batterie von Elektrofahrzeugen geschont werden und die Lebensdauer des Fahrzeug-Herzstücks steigt.
Fazit: Wie sieht die Zukunft für E-Auto-Batterien aus?
Die Batterie eines Elektroautos ist weit mehr als nur ein Bauteil – sie ist der zentrale Energielieferant, der den Erfolg der Elektromobilität maßgeblich bestimmt. Mit den derzeit genutzten Lithium-Ionen-Batterien hat die Branche bereits einen wichtigen Schritt in Richtung effizienter, umweltfreundlicher Mobilität gemacht. Doch die Technologie steht nicht still: Fortschritte bei der Batterieentwicklung, wie die Einführung von Feststoffbatterien, die voraussichtlich ab 2027/28 in ersten Serienfahrzeugen verfügbar sein werden, oder die Natrium-Ionen-Technologie, die aktuell vor allem für kleinere Fahrzeuge mit mittlerer Reichweite entwickelt wird, versprechen eine noch höhere Leistungsfähigkeit und längere Lebensdauer zu günstigeren Preisen.
Für Verbraucher bedeutet dies, dass Elektroautos in der Zukunft noch attraktiver werden, sowohl hinsichtlich Reichweite als auch Kosten. Entscheidend ist, dass durch einen schonenden Umgang mit der Batterie, wie das langsame Laden und die richtige Wartung, ihre Lebensdauer verlängert werden kann. Insgesamt zeigt sich, dass Elektrofahrzeuge nicht nur eine umweltfreundliche, sondern auch eine immer effizientere und nachhaltigere Alternative zu Verbrennerfahrzeugen bieten. Die kontinuierliche Weiterentwicklung der Batterie-Technologie wird dabei den entscheidenden Unterschied machen und die Elektromobilität weiter voranbringen.
