Batterie fürs Elektroauto

Die Batterie – zentraler Baustein für das E-Auto

Kernelement von Elektroautos ist nicht allein der Strom, sondern auch der Speicher (Batterie oder Akku), der diese Energie aufnimmt und ans Fahrzeug abgibt. Hier erfahren Sie alles, was Sie über Herstellung, Kosten, Lebensdauer und Recycling wissen müssen.

Stellen Sie sich den Batteriespeicher des Elektroautos wie einen überdimensionalen Handy-Akku vor. Die Begriffe „Akkumulator“ und „Batterie“ werden umgangssprachlich nebeneinander und oft gleichbedeutend verwendet. Obwohl es physikalisch richtiger heißen müsste: Eine Batterie ist eine Primärzelle und kann nicht aufgeladen werden. Ein wieder aufladbarer Energiespeicher wie der Akku im Elektroauto ist keine Batterie, sondern eine Sekundärzelle.

Batterie Elektroauto

Hersteller verbauen Batterien meist unter dem Kofferraum

Was das Elektroauto antreibt, ist genau genommen eine Traktionsbatterie aus wenigen bis Tausenden parallel und seriell zusammengeschalteter Akkumulator-Zellen – meist im Fahrzeugboden verbaut und viele, viele Kilogramm schwer.

Laien wie Experten sprechen mal von Akku, mal von Batterie und sind sich einig: An diesem ebenso teuren wie anspruchsvollen Hightech-Bauteil hängt in letzter Instanz der Erfolg der Elektromobilität, allem voran die Wirtschaftlichkeit, Leistungsfähigkeit und Alltagstauglichkeit des Elektroautos. Und auch die Umweltbilanz.

Elektroauto ohne Akku? Ohne Lithium-Ionen läuft nichts

Fast immer handelt es sich bei der Batterie um eine Lithium-Ionen-Technik. Batterien unterscheiden sich je nach Hersteller bei den verwendeten Materialien. Gemeinsam ist ihnen, dass sie Lithium verwenden, sowohl in den Elektroden – also Anode und Kathode – wie beim Elektrolyt selbst.

An die Batterie werden die unterschiedlichsten, teils widersprüchlichen Anforderungen gestellt: Günstig soll sie sein. Dabei hilft am ehesten die Erhöhung der Stückzahlen. Das Lithium soll, vorerst jedenfalls, nicht knapp werden. Leicht soll eine Batterie sein, das entspricht allerdings nicht ihrer Natur. Daher erprobt die Forschung längst andere Materialien, zum Beispiel Kunststoffe und Glas, Schwefel und Silizium.

Feststoff-Batterien sind möglicherweise mehrfach leistungsfähiger als solche mit flüssiger Membran. Alle angekündigten neuen Akkus lassen sich schneller laden, sind länger haltbar und zudem sicherer. Solid-State-Akkus, so die Bezeichnung für Feststoff-Batterien, wären auch bei tiefen Minusgraden einsetzbar und günstiger zu produzieren – also sehr nahe an der idealen Batterie.

Video: So funktioniert die Lithium-Ionen-Batterie fürs Elektroauto

In der Entwicklung: öfter, schneller, günstiger laden

In China sind heute Lithium-Eisenphosphat-Batterien weit verbreitet – robuste Modelle, die bis zu 10.000 Ladezyklen vertragen. Sie funktionieren temperaturstabil, allerdings bei niedrigerer Energiedichte als europäische oder japanische Lithium-Ionen-Batterien.

Forscher erproben zurzeit Batterietypen, die bis zu 15.000 Ladezyklen ohne wesentlichen Kapazitätsverlust mitmachen. Allerdings müssen dafür noch Kompromisse an anderer Stelle geschlossen werden: bei der Energiedichte, bei der Ladedauer, beim Gewicht oder bei der Lebensdauer. Bosch will die Ladekapazität seiner Batterien bis 2020 verdoppeln, so dass eine Reichweite von 400 Kilometern erzielt wird.

Auch das Laden lässt künftig gewohnte Wartezeiten vergessen: Porsches „High Power Charging“-Ladesäulen sollen – mit Blick auf den ebenso rasanten US-Konkurrenten Tesla – ein Elektrofahrzeug binnen einer Viertelstunde auf 80 Prozent seiner Akku-Kapazität bringen. Geplant ist eine Ladeleistung von 350 Kilowatt, mehr als Hundertfache dessen, was eine Schuko-Steckdose erlaubt. Mehr dazu finden Sie in unserem Artikel zu Batteriestärken und Ladedauer von E-Autos.

Neue Batterien: Preise fallen, Leistung steigt

Die Preis für Lithium-Ionen-Batterien wird seriösen Schätzungen zufolge zwischen 2010 und 2020 auf ein Drittel oder stärker sinken. Gleichzeitig steigt die Leistungsfähigkeit der Module. Schon in wenigen Jahren könnte es Modelle mit über 1.000 Kilometern Reichweite geben, mit höherer Energiedichte, mit kurzen Ladezeiten von wenigen Minuten – aber Weltrekordler in allen Disziplinen werden ihren Preis haben!

Die Forschung in verschiedenste Richtungen ist auch in Deutschland schon weiter. Drei von vielen Ansätzen:

  • Die Redox-Flow-Batterie ähnelt elektrochemisch der Brennstoffzelle. Sie ist langlebig, die Speicherkosten sind viel günstiger, weil seltene Metalle ersetzt und organische sowie Kunststoffmaterialien verwendet werden können.
  • Die Luft-Silizium-Batterie verspricht die fünffache Reichweite, weniger Gewicht und eine günstigere Herstellung. Auch die Lithium-Schwefel-Technologie soll sehr kostengünstig sein und die fünffache Energie je Gewicht speichern können.
  • Das Karlsruher KIT forscht an der Magnesium-Battiere. Magnesium ist zwar schwerer als Lithium, aber der bessere Speicher. Doch bei der Übertragungsgeschwindigkeit hapert es noch.

Die weitere Forschung und Entwicklung dreht sich auch darum, wie man teure und knappe Rohstoffe, so etwa Kobalt und Lithium, ersetzen kann und globalstrategisch eine Abhängigkeit von Zulieferern vermeidet.

Versicherung – auch der Akku ist geschützt

Ein Elektroauto versichert man wie jedes andere Auto auch. Ein exakter Vergleich der Versicherungsprämien ist wegen der Regionalklassen, Rabatte und Klauseln schwierig. Wichtig ist, dass auch der Akku als das wertvollste Teil mitversichert ist. Übrigens: Ist der Akku gemietet und nicht gekauft, dann brauchen Sie keine extra Akku-Versicherung. Kosten für Schäden übernimmt dann der Hersteller. Ein Rundumschutz gegen Hackergefahren und Fehlbedienung, kann, muss aber – je nach Selbsteinschätzung – nicht unbedingt abgeschlossen werden.

Manche Versicherungen gewähren einen pauschalen Ökobonus. Trotzdem lohnt in jedem Fall ein Vergleich, den nicht nur Direktversicherer und seriöse Portale im Internet anbieten.

Hohe Kosten: Batterie fürs E-Auto kaufen oder mieten?

Schwer und wichtig ist der Akku auch im Hinblick auf die Kosten eines Elektroautos. Sein Preis liegt zwischen circa 6.000 Euro in der Mittelklasse und bis zu 20.000 Euro bei einem Spitzenmodell von Tesla. Wird er geleast statt gekauft, spart man beim Kauf eine Menge Geld. Diesen Betrag kann man in einen stärkeren Akku oder anderweitig investieren.

Beim beliebten Renault ZOE kostet der Akku allein 8.000 Euro. Mieten kann man ihn für 59 Euro monatlich. Das entspricht etwa 700 Euro pro Jahr. Lohnen kann sich das in mehrfacher Hinsicht: Zum Beispiel, wenn der Akku ein paar Jahre alt ist, kann man ihn durch einen leistungsstarken und vielleicht auch günstigeren Nachfolger ersetzen. Renault gibt übrigens eine Garantie von acht Jahren oder 160.000 Kilometer Laufleistung.

Für den Nissan Leaf bietet der Hersteller ein Batterie-Leasing ab 79 Euro (anstelle eines Kaufs für 5.900 Euro) und tauscht die Akkus im Fall eines Defekts kostenlos aus.

Herstellung und Umweltbilanz von Elektroauto-Batterien

Das „Schaufenster Elektromobilität“ der Bundesregierung verweist auf weitere Aspekte der Batterieforschung, vor allem auf die umweltfreundliche Fertigung und spätere Entsorgung. Die wachsende Anzahl von Elektroautos lässt die Preise von knappen Rohstoffen wie Lithium und Kobalt enorm steigen. Das Recycling wäre heute schon günstiger als der Abbau, der oft unter problematischen Bedingungen stattfindet und wenig Rücksicht auf Umweltschäden nimmt. Allerdings fehlen die Produktionskapazitäten zur Rückgewinnung der verbrauchten Rohstoffe.

Insbesondere in Bezug auf die Batterien bemängeln Kritiker häufig eine schlechtere Umweltbilanz von E-Autos als angenommen. Die Forschung spricht meist eine andere Sprache: „Elektroautos, die heute gekauft und in Deutschland genutzt werden, haben eine deutlich bessere Klimabilanz als Diesel und Benziner“, stellt das Fraunhofer Institut im März 2019 fest – und weitere Studien bestätigen die Aussage.

Die aktuellste Studie der Forschungsstelle für Energiewirtschaft (FfE) kommt insbesondere bei den Batterien zu einem ebenso klaren Ergebnis: Zwar entscheiden deren Produktionsbedingungen zu 40 Prozent über die Umweltbilanz des Fahrzeugs. Doch in der Gesamtbetrachtung bleiben E-Autos unschlagbar: Bei einer Fahrleistung von 14.000 Kilometern überholt ein Elektroauto den Verbrenner im deutschen Strommix nach 3,6 Jahren in puncto Ökobilanz. Im EU-Strommix wären es nur 2,8 Jahre. Fährt es mit Photovoltaik-Strom, schon nach 1,6 Jahren.

Mehr Forschung für Entsorgung und Recycling

Im Zuge der Energiewende können Akkus ein zweites Leben erhalten. Schon im ersten können sie die häusliche Energieversorgung stabilisieren oder umweltfreundlich erzeugten Strom vom eigenen Hausdach laden. Danach, außerhalb des Fahrzeugs, lassen sich aus ausgedienten Fahrzeugbatterien neue, größere und stationäre Speichermodule bauen – das wird in aktuellen Forschungsprojekten bereits versucht. Sie stellen Strom dann bereit, wenn er gebraucht wird, und puffern Spitzen in der Erzeugung.

Auch beim Thema Recycling bleibt die Wissenschaft aktiv. So arbeitet das Verbundprojekt „AutoBatRec2020“ gezielt daran, Altbatterien aus E-Fahrzeugen intelligent wiederzuverwerten. Die EU fördert diese Forschung für ressourceneffizientes Recycling der Traktionsbatterien.

Eine praktische Schlussfolgerung in Sachen Umwelt könnte auch heißen: Nicht möglichst leistungsstarke Akkus und maximale Reichweite sind erstrebenswert, die das Fahrzeug verteuern und sein Gewicht in die Höhe treiben, sondern möglichst an die erforderliche Reichweite angepasste Größe. Keinesfalls übersehen sollte man schließlich, dass es neben der Globalbilanz auch gezielt darum geht, lokale Emissionen in überlasteten Städten und an verkehrsreichen Straßen zurückzuschrauben. Hier sind Elektroautos gefragt.

So erhöhen Sie die Lebensdauer der Elektroauto-Batterie

Wie weit man im Alltag mit seinem Elektromobil durch die Lande kommt, hängt vom Fahrer und von Umwelteinflüssen ab. Das meint die Fahrweise, die Wegstrecke und die Außentemperaturen. Und insbesondere den sorgsamen Umgang mit der teuren Batterie: Bekanntlich mögen Elektroautos keine extrem niedrigen Temperaturen. Ihre Reichweite schrumpft. Klimaanlage und Subwoofer, USB-Buchse und Entertainment-Schnickschnack knabbern an der Reichweite.

Was die Lebensdauer verlängert:

  • Gehen Sie beim Elektroauto laden umsichtig und nachhaltig vor. Immerzu randvoll geladen, altert die Batterie schneller. Eine Tiefentladung verzeihen sie selten oder nicht ohne Einbußen. Wie bei Tablet und Smartphone bekommt ihnen ein mittlerer Ladezustand und ein niedriger Ladehub am besten. Und mindestens einmal im Monat, empfehlen die Hersteller, tut dem Akku eine langsame „Schnarchladung“ daheim oder am Arbeitsplatz gut.
  • Viele Elektroautos bieten eine zeitgesteuerte Aufladung, wie sie viele intelligente Smartphone-Apps unterstützen. Möglicher Nebeneffekt: So nutzt man die hauseigene PV-Anlage mit dem größtmöglichen Eigenverbrauch.
  • Sommerlichen Hitzerekorden entgeht man im Schatten. Am besten stellt man sein Elektromobil unter ein Dach oder parkt in der (Tief-)Garage. Einige Elektromobile sind mit einer Batterieklimatisierung versehen und so auf sommerliche wie winterliche Extremtemperaturen vorbereitet. Auch das schont den Akku und erhält die Reichweite.
  • Elektroautos beschleunigen fantastisch schnell, sauber und leise; nur Akku und Reichweite tut der „Kavalierstart“ keinen Gefallen. Wer vorausschauend fährt, kann zumindest in die Nähe der maximalen Elektroauto-Reichweite gelangen. Der VW e-Golf bietet dafür zwei Ressourcen schonende ECO-Fahrmodi an.
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