Mit dem Hochlauf der E-Mobilität und der Vorgabe, dass möglichst viele Menschen auf ein E-Auto wechseln, steigen auch die Ansprüche an die Fahrzeuge. Zwei Dinge sind dabei entscheidend: Akkukapazität und Ladegeschwindigkeit. Kernelement, um diese beiden Punkte zu verbessern, ist die E-Auto-Batterie. Und hinter dieser stecken verschiedene Technologien mit unterschiedlichen chemischen Stoffen und dementsprechend auch unterschiedlichen Leistungsmarkern. Batterie ist nicht gleich Batterie. Wir geben einen Überblick über die gängigsten Modelle und auch, was uns in der nahen und fernen Zukunft realistisch erwarten wird.

Den kennt man doch?

Die seit 2009 wohl beliebteste Variante in Sachen E-Fahrzeug-Akku ist der Lithium-Ionen-Akku. In so gut wie allen bekannten Fahrzeugen – vom BMW i3 über Tesla Model S bis hin zu Renault Zoé und VW e-up! – kamen -Lithium-Ionen-Akkus zum Einsatz. Allerdings ist der LiIon-Akku nur ein Überbegriff für eine Vielzahl verschiedener Varianten von Batterien. Der Vorteil dieser Akku-Variante ist neben dem geringeren Gewicht und der hohen Leistungsdichte vor allem die Lebensdauer. Nachteile sind jedoch, dass die Produktionskosten deutlich höher sind und es im Fahrzeug ein aufwändigeres Batteriemanagement braucht. Zudem ist Lithium sehr reaktionsfreudig und damit entzündlich, welches durch luftdichte Batteriezellen verhindert wird. 

Ein weiterer großer Negativaspekt ist, dass zur Herstellung von den gebräuchlichsten Lithium-Ionen-Akkus auch Kobalt gebraucht wird, welches oft unter menschenrechtswidrigen Bedingungen abgebaut wird. Das betrifft viele kleine Batterien – unter anderem auch in Elektrogeräten –, aber auch die meisten E-Fahrzeugakkus. Die Zellchemie heißt Nickel-Mangan-Cobalt (NMC), sie ist in vielen erfolgreichen E-Fahrzeugen wie dem Audi Q8 e-tron, dem Hyundai Kona Electric oder aber auch dem VW ID.3 verbaut. Aus diesem Grund setzen viele Hersteller mittlerweile auf alternative -Zulieferer oder alternative Akku-Varianten.

Vorteile des NMC-Akkus sind hohe Energiedichte, die Flexibilität in der Zusammensetzung der einzelnen Komponenten und die Langlebigkeit. Tests ergaben, dass ein Auto mit NMC-Akku über 1,6 Millionen Kilometer zurücklegen könnte. Manche Akku-Typen sind dabei auch für schnelles Laden geeignet. Der neben den problematischen Rohstoffen wahrscheinlich größte Nachteil eines NMC-Akkus ist der tendenziell hohe Preis.

Eine günstigere Variante von Stromspeicher – ebenfalls aus der Lithium-Ionen-Familie – ist der Lithium-Eisenphosphat-Akku (kurz LFP), der gänzlich ohne Kobalt auskommt und den beispielsweise Tesla in seinen Standard-Range-Modellen seit Jahren einsetzt. Eine bekannte Batterie-Einheit ist zum Beispiel die Blade-Batterie von BYD, die auf der LFP--Technologie basiert. LFP-Akkus bieten den Vorteil, dass sie eine lange Lebensdauer aufweisen. Durch die veränderte Zellchemie bieten LFP-Akkus zudem ein hohes Maß an Sicherheit, erlauben höhere Ladeströme und zeigen sich weniger empfindlich für Tiefenentladung.

Hauptvorteil von LFP ist, dass es ohne Schwermetalle wie Nickel oder Kadmium auskommt – und wie erwähnt ohne Kobalt. Nachteilig ist allerdings, dass es aufgrund der niedrigeren Leistungsdichte mehr Batteriezellen braucht und damit das Batteriepaket im Fahrzeug schwerer und größer wird – was wiederum die Reichweite bei E-Fahrzeugen schmälert. Außerdem sind die Akkus kälteempfindlicher, worunter die Schnellladeleistung leiden kann, können dafür aber regelmäßig auf 100 Prozent schnellgeladen werden, ohne Schaden zu nehmen.

Der nächste Schritt

In die Entwicklung von neuen Batterietechniken fließen weltweit Milliarden Euro. Die beiden zukunftsträchtigsten Technologien, für die auch bereits Anwendungen in der Praxis existieren, sind der Natrium-Ionen- sowie der Feststoff-Akku. 

Die Natrium-Ionen-Akkus, welche zum Beispiel bei BYD oder JAC bereits verbaut werden, erreichen zwar nicht die Energiedichte eines Lithium-Ionen-Akkus, sind aber nicht nur billiger, sondern auch langlebiger und weniger anfällig für Überhitzung. Dieser Akku wird als Kern-Technologie von künftigen günstigen E-Autos gesehen, die in den nächsten Jahren auf den Markt kommen sollen.

Game-Changer in den Startlöchern

Auf der anderen Seite steht der Feststoffakku, welcher aktuell ebenfalls auf der Lithium-Ionen-Zellchemie basiert. Bei diesem wird nicht die Chemie auf der Anoden- oder Kathodenseite verändert, sondern der Elektrolyt – also jenes Medium, in dem sich die Elektronen beim Be- und Entladen bewegen. Mit deutlich höherer Energie- und Leistungsdichte werden Feststoff-Akkus nicht nur kleiner, sondern auch leichter sein, selbst Anwendungen in Flugzeugen kommen damit infrage. In Pkws werden dadurch Reichweiten von rund 1.000 Kilometer möglich. Gezeigt hat das zum Beispiel bereits der E-Auto-Hersteller Nio. In einem ET7 hat das chinesische Unternehmen den Prototyp eines Feststoffakkus verbaut und bereits eine Distanz von 1.044 Kilometern geschafft. Auch Toyota hat im Herbst 2023 den „Durchbruch“ bei Lithium-Ionen-Feststoffakkus vermeldet, bis 2028 will der japanische Riese damit E-Fahrzeuge mit 1.000 Kilometer Reichweite auf den Markt bringen.

Für eine Serienproduktion reicht das Ergebnis derzeit noch nicht, vor allem die Produktionskosten sind aktuell noch zu hoch. In Zwischenstufen sind vor allem sogenannte Semi-Feststoff-Akkus bereits im Einsatz. Bis zum „echten“ Feststoff-Akku in Serienreife, der gemeinhin als endgültiger Game-Changer im Rennen um die Antriebsform der Zukunft gesehen wird, dauert es noch etwas.

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