![\"\"](\"https:\/\/autoestrada.ch\/wp-content\/uploads\/2023\/03\/1LI_AES_10_Promo.jpg\")
<\/a><\/div><\/div>\nDas mu\u0308ssen die Fahrer inzwischen auch nicht mehr. \u201eDie Akku-Technologie fu\u0308r Autos funktioniert in der Praxis gut, auch was Leistungsf\u00e4higkeit, Lade- und Lebensdauer anbelangt\u201c, sagt Dirk Uwe Sauer, Professor am Lehrstuhl fu\u0308r Elektrochemische Energiewandlung und Speichersystemtechnik der RWTH Aachen.<\/p>\n
\u201eAllerdings lassen sich mehrere Extremeigenschaften nicht vereinen. Man kann nicht alles gleichzeitig haben.\u201c Ultraschnell laden bei hoher Energiedichte? Das geht nicht. Denn unter dieser Kombination wu\u0308rde die Lebensdauer leiden. Daher ist Sauer angesichts medialer Meldungen u\u0308ber vermeintliche Wunderbatterien skeptisch, denn meist wird dabei nur ein einziger Parameter zulasten anderer optimiert. \u201eEinen universellen Allesk\u00f6nner-Akku wird es nicht geben\u201c, sagt er.<\/p>\n
Lithium-Ionen-Zellen: hohe Energiedichte<\/p>\n
Aber immer bessere Energiespeicher fu\u0308r E-Fahrzeuge, wobei auf absehbare Zeit Lithium-Ionen-Zellen die Technologie der Wahl bleiben werden. Denn die hohe Reaktivit\u00e4t des Lithiums und die hohe Energiedichte der Zellen erm\u00f6glichen es, auf geringem Raum relativ viel Energie zu speichern. Hinzu kommen ihre gute Lagerbarkeit und die Robustheit der Zellen, weswegen sie bei einem rein elektrisch betriebenen Fahrzeug bei gro\u00dfer Entladetiefe erst nach rund 2000 Ladezyklen unbrauchbar werden. Entwickler halten aber ein Mehrfaches davon fu\u0308r m\u00f6glich. Au\u00dferdem kennen Lithium-Batterien keinen Memory-Effekt, unter dem Nickel-Cadmium-Akkus leiden. Bei h\u00e4ufiger Teilentladung \u201emerken\u201c sie sich den typischen Energiebedarf und passen ihre Kapazit\u00e4t genau daran an.<\/p>\n
Zudem gibt es bei der Lithium-Ionen-Technik noch viele Entwicklungsm\u00f6glichkeiten in Bezug auf Zellchemie und Zelldesign. Davon k\u00f6nnte zum Beispiel die Energiedichte profitieren: Laut Forschern des Fraunhofer-Instituts fu\u0308r System- und Innovationsforschung (ISI) hat sie sich in den vergangenen zehn Jahren bei gro\u00dfformatigen Lithium-Ionen-Batteriezellen fu\u0308r E-Autos fast verdoppelt \u2013 auf mittlerweile durchschnittlich 250 Wh\/kg spezifische Energie (beziehungsweise 500 Wh\/l Energiedichte). Bis zum Jahr 2030 k\u00f6nnte die Energiedichte nochmals um den Faktor zwei zunehmen.<\/p>\n
Auch die anderen Eigenschaften von Lithium-Ionen-Zellen lassen sich weiter verbessern. \u201eDie gr\u00f6\u00dften Herausforderungen sind schnelles Laden und Sicherheit\u201c, berichtet Prof. Dr. Stefano Passerini, Direktor der Forschungsgruppe Elektrochemie der Batterien am Helmholtz-Institut Ulm. \u201eEin schnelles Aufladen auf 80 Prozent in 15 Minuten oder weniger wu\u0308rde E-Fahrzeuge noch attraktiver machen. Die Sicherheitsanforderungen wachsen jedoch, wenn Schnellladen eingesetzt werden soll.\u201c<\/p>\n
Kapazit\u00e4t und Leistung der Batterie schwinden mit jeder zu schnellen Ladung<\/p>\n
Das Schnellladen ist eine Herausforderung, weil sich beim Aufladen Lithium-Atome in die Kohlenstoffkristalle der Elektrode einlagern. Beim Entladen werden sie von dort wieder abgerufen. \u201eJe schneller die Batterie geladen wird, desto gr\u00f6\u00dfer ist die Gefahr, dass die Ladungstr\u00e4ger auf der Oberfl\u00e4che der Kristalle haften bleiben, dort eine metallische Schicht bilden und dadurch die Zelle gesch\u00e4digt wird\u201c, erkl\u00e4rt Sauer. Kapazit\u00e4t und Leistung schwinden also mit jeder zu schnellen Ladung. Im Extremfall kommt es zum Kurzschluss. \u201eLeider ist es nicht einfach zu sagen, was \u201azu schnell\u2018 genau bedeutet\u201c, sagt Sauer. \u201eAn M\u00f6glichkeiten, dies im Labor und dann vor allem im Fahrzeug selbst zu erkennen, wird allerorten intensiv geforscht.\u201c<\/p>\n
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Auch weitere technologische Hu\u0308rden warten auf die Entwickler: Die Ladestecker, Ladekabel und die fahrzeugseitige Infrastruktur mu\u0308ssen ebenfalls fu\u0308r die hohen Str\u00f6me ausgelegt sein. Dabei gilt \u201eAmpere macht schwer\u201c. Soll hei\u00dfen: Hohe Str\u00f6me bedeuten dicke Kabel und damit Gewicht. Das kann jedoch durch eine h\u00f6here Spannung des Batteriesystems ausgeglichen werden. Darum wurde der Taycan bei Porsche mit einer Systemspannung von 800 Volt anstatt der bei Elektroautos u\u0308blichen 400 Volt ausgestattet.<\/p>\n
Um die Ladezeiten von E-Fahrzeugen mit unterschiedlichen Batteriekapazit\u00e4ten vergleichen zu k\u00f6nnen, bietet sich die C-Rate an (C steht fu\u0308r \u201eCapacity\u201c, Kapazit\u00e4t). Sie gibt das Verh\u00e4ltnis aus dem Ladeoder Entladestrom einer elektrochemischen Zelle in Ampere (A) zur Kapazit\u00e4t der Zelle in Amperestunden (Ah) an. Ein Wert von 1 bedeutet, dass das komplette Nachladen eine Stunde dauert. 2 steht fu\u0308r eine halbe Stunde, 3 fu\u0308r 20 Minuten.<\/p>\n
Die Entwickler streben eine C-Rate von 10 an, also etwa sechs Minuten Ladezeit \u2013 \u00e4hnlich wie beim Tanken. Davon ist man heute noch weit entfernt. Doch im Forschungsprojekt \u201eFastCharge\u201c arbeiten unter anderem Siemens, Phoenix Contact E-Mobility und Porsche daran, die Energieversorgung von Elektrofahrzeugen zu verbessern. Das Industriekonsortium hat bereits gro\u00dfe Fortschritte erzielt. Ein Porsche-Forschungsfahrzeug mit einer Batteriekapazit\u00e4t von circa 90 kWh erreichte eine Ladeleistung von 400 kW und erm\u00f6glichte damit Ladezeiten von weniger als drei Minuten fu\u0308r die ersten 100 Kilometer Reichweite. Ein kompletter Ladevorgang von 10 auf 80 Prozent an der Ultra-Schnellladestation dauerte 15 Minuten. C-Raten von 4 bis 5 sind also machbar. \u201eEntscheidend war ein innovatives Ku\u0308hlsystem der Batterie, des Fahrzeugs und des Ladesystems\u201c, erkl\u00e4rt Edelberg.<\/p>\n
Fortschritte in puncto Schnellladen und Sicherheit soll die Feststoffbatterie bringen. Bei ihr wird statt der Elektrolytflu\u0308ssigkeit ein Polymer oder Keramik verwendet. Da keine Flu\u0308ssigkeit mehr eingesetzt wird, werden die Batterien kompakter, wodurch sich ihre Energiedichte deutlich steigern l\u00e4sst. Gleichzeitig sind die Zellen weniger entflammbar.<\/p>\n
Leichte Alternative: Lithium-Schwefel<\/p>\n
Basis wird aber auch hier Lithium bleiben \u2013 wie auch bei einer weiteren Variante, an der derzeit intensiv geforscht wird: Lithium-Schwefel-Akkus. Bei ihnen besteht die Kathode aus einem Schwefel-Geflecht, das die g\u00e4ngige Gitterstruktur aus Kobalt, Mangan und Nickel komplett ersetzt. Dadurch sind die Akkus deutlich leichter als herk\u00f6mmliche Energiespeicher. Aber momentan auch deutlich teurer, weswegen sie eher fu\u0308r ku\u0308nftige Flugtaxis eine Option sein k\u00f6nnten. Als problematisch gilt noch ihre Dauerhaltbarkeit.<\/p>\n
Weitere Technologien zur Erh\u00f6hung der Energiedichte, die aktuell erforscht werden und bereits jetzt oder in den kommenden Jahren auf den Markt kommen k\u00f6nnten, sind Elektrodenmaterialien aus Silizium-Kohlenstoff-Kompositen, Nickel-reiche Kathodenmaterialien oder Hochvoltmaterialien, die etwa fu\u0308nf Volt Zellspannung erm\u00f6glichen. \u201eForschungen auf diesen Gebieten sind schon n\u00e4her an der Praxis\u201c, sagt Sauer. Viele andere Ans\u00e4tze hingegen bewegten sich noch im Bereich der Grundlagenforschung, wie etwa Natrium-Ionen anstelle von Lithium-Ionen oder Metall-Sauerstoff-Kombinationen.<\/p>\n
Sauer sieht bei allen Entwicklungen eine entscheidende Frage: die Kosten. \u201eLetztlich ist die Reichweite eines Fahrzeuges nicht durch das Gewicht einer Batterie begrenzt, sondern durch ihren Preis.\u201c Zwar sind laut den Beratern von Horv\u00e1th & Partners die Preise fu\u0308r Lithium-Ionen-Batterien pro kWh von 400 Euro im Jahr 2013 auf 107 Euro im Jahr 2019 gefallen, doch der Preisru\u0308ckgang wird sich angesichts steigender Nachfrage so nicht fortsetzen. Was vor allem an den Rohstoffen liegt: \u201eDer Rohmaterialeinkauf macht bis zu 75 Prozent der Kosten einer Batterie aus\u201c, wei\u00df Sauer.<\/p>\n
Fest steht: Auch in der n\u00e4chsten Dekade werden Lithium-Ionen-Akkus mit all ihren Weiterentwicklungen die dominierende Technologie bleiben. \u201eDie Fortschritte werden evolution\u00e4r und nicht revolution\u00e4r sein\u201c, sagt Sauer. \u201eIch erwarte keine gro\u00dfen Spru\u0308nge, da bereits heute die Grenzen der Naturgesetze ausgelotet werden.\u201c Was nicht schlecht sein muss: \u201eDie Eigenschaften dieser Technologie sind zu gut, als dass sie durch etwas grundlegend anderes ersetzt werden mu\u0308sste. Elektromobilit\u00e4t funktioniert mit dem, was Batterien heute hergeben, und dem Weiterentwicklungspotenzial der kommenden Jahre schon sehr gut\u201c, unterstreicht Sauer.<\/p>\n
Zusammengefasst<\/p>\n
Schon heute bieten Lithium-Ionen-Batterien hohe Reichweiten und kurze Ladezeiten fu\u0308r elektrisch angetriebene Fahrzeuge. Aber die Entwicklung bleibt nicht stehen, sodass neue Technologien wie Feststoffbatterien oder neue Elektrodenmaterialien in Zukunft die Energiedichte weiter steigern und die Ladezeiten nochmals verku\u0308rzen k\u00f6nnten.<\/p>\n
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Moderne Fahrzeugbatterien erm\u00f6glichen heutzutage bereits eine hohe Reichweite und komfortable Ladezeiten. Dennoch arbeiten Forscher an noch besseren Energiespeichern. Porsche Engineering berichtet \u00fcber den aktuellen Stand der bew\u00e4hrten Lithium-Ionen-Technologie und neue Ans\u00e4tze. Die Tester von der \u201eAuto Bild\u201c waren beeindruckt. In rund 22 Minuten konnten sie den fast leeren Akku eines Porsche Taycan auf 80 Prozent […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":18243,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[80],"tags":[],"class_list":["post-26143","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-pressemitteilungen-de"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/autoestrada.ch\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/26143","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/autoestrada.ch\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/autoestrada.ch\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/autoestrada.ch\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/autoestrada.ch\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=26143"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/autoestrada.ch\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/26143\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":27184,"href":"https:\/\/autoestrada.ch\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/26143\/revisions\/27184"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/autoestrada.ch\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/18243"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/autoestrada.ch\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=26143"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/autoestrada.ch\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=26143"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/autoestrada.ch\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=26143"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}