Beim Elektroantrieb handelt es sich um eine Antriebsform durch einen Elektromotor, welcher mit Hilfe von magnetischen Feldern elektrische Energie in mechanische umwandelt. Der Motor wird von einer wiederaufladbaren Batterie gespeist, die an jeder beliebigen Steckdose "vollgetankt" werden kann. Die Ladezeit für eine solche Batterie beträgt ca. acht Stunden.

Aufbau und Funktion einer Batterie

Batterien bestehen aus drei Komponenten: Kathode (Minuspol), Anode (Pluspol) und Elektrolyte. Die Elektrolyte liegen zwischen den Polen und sorgen dafür, dass die Ionen zwischen Anode und Kathode hin- und herwandern - je nachdem ob geladen oder entladen wird.

Batterie oder Akku – was denn nun?

Haben Sie sich auch schon einmal gefragt, warum bei Elektroautos mal von Batterien und dann wieder von Akkus gesprochen wird und was denn nun stimmt? Die Antwort lautet: beides! Jeder Akku ist eine Batterie, aber nicht jede Batterie ist auch ein Akku. „Batterie“ ist der Oberbegriff für Energiespeicher. Kann dieser wieder aufgeladen werden handelt es sich nicht nur um eine Batterie, sondern auch um einen Akku. Da die Autobatterie wieder aufgeladen werden kann ist auch sie ein Akku – nämlich ein Bleiakku. Mit einem solchen werden zum Beispiel auch Gabelstapler betrieben. Für den Antrieb eines PKWs wird er jedoch aufgrund seiner Eigenschaften nicht mehr verwendet.

Der Akku ist das teuerste Bauteil eines Elektroautos, obwohl die Kosten für Lithium-Ionen-Akkus innerhalb der letzten zehn Jahre um 80% zurückgegangen sind. Je mehr Leistung der Akku bringt, umso kostspieliger ist er. Im Jahr 2010 lagen die Kosten bei etwa 600€ pro Kilowattstunde. 2017 waren es nur noch 170€/kWh und für 2020 erwarten Experten, dass die 100€-Marke unterschritten wird.

Batterien mit Lithium: Vorteile, Nachteile, Unterschiede

In aktuellen Elektroautos werden Batterien bzw. Akkus mit weniger Gewicht und höherer Leistung verbaut. Es handelt sich dabei um die Lithium-Ionen Batterie und die Lithium-Polymer Batterie. Den Vorteilen wie die hohe Leistungsfähigkeit und Lebensdauer stehen Nachteile wie hohe Produktionskosten und aufwendiges Batteriemanagement gegenüber. Der Vorteil, dass Lithium sehr reaktionsfreudig ist, bringt auch eine hohe Entzündlichkeit mit sich, die durch den luftdichten Einschluss der Zellen verhindert werden muss. Darüber hinaus sind die Bedingungen der Rohstoffgewinnung aus menschenrechtlicher und umwelttechnischer Sicht zum Teil sehr bedenklich. So kommt Kobalt unter anderem aus primitiven Minen im Kongo, dessen Abbau ohne Achtung der Menschenrechte und unter Einsatz von Kinderarbeit durchgeführt wird. Gerade dieses Gebiet wird als Bezugsquelle der deutschen Automobilhersteller gemieden. Sie setzen auf alternative Zulieferer aus Russland und Australien.

Vorteile der Li-Io und Li-Po Batterien:

  • + hohe Energiedichte
  • + hohe Lebensdauer
  • + geringes Gewicht

Nachteile der Li-Io und Li-Po Batterien:

  • - hohe Produktionskosten
  • - aufwendiges Batteriemanagement
  • - entzündlich
  • - Kühlung erforderlich
  • - fragwürdige Rohstoffgewinnung

Unterschied von Lithium-Ionen und Lithium-Polymer Akkus:

Lithium-Polymer-Akkus (einen solchen finden Sie wahrscheinlich auch in Ihrem Smartphone) sind auch Lithium-Ionen-Akkus – mit einem entscheidenden Unterschied: Die Elektrolytflüssigkeit der Li-Io-Akkus wird durch Gel aus Polymer-Kunststoff ersetzt. Dadurch lassen sie sich in fast beliebiger Form bauen. Sie verfügen zudem über eine höhere Energiedichte. Allerdings ist das Lade- und Temperaturmanagement aufwendiger.

Was ist beim Laden eines Elektroauto-Akkus zu beachten?

Die Schonung der Batterie Ihres E-Autos beginnt im Optimalfall bereits beim Ladevorgang. Sie sollten Ihren Stromer nicht erst laden, wenn der Akku leer ist (0%, Tiefentladung). Auch eine Vollladung auf 100% ist nicht ratsam. Diese extremen Ladestände strapazieren die Zellen sehr stark und verringern ihre Lebensdauer. Empfohlen wird ein Akkustand zwischen 20% und 80%. Ist der Akku Ihres Elektroautos doch einmal vollgeladen, trägt ein möglichst schneller Verbrauch der Energie zum Schonen des Stromspeichers bei.

Schnellladevorgänge beeinträchtigen die Lebensdauer des Akkus wesentlich mehr als sogenannte Schnarchladungen. Bei letzterer wird mit maximal 3,5 kWh geladen (Haushaltssteckdose). So dauert der Ladevorgang zwar wesentlich länger, aber der Akku wird sehr schonend mit neuer Energie versorgt. Laden Sie daher Ihr Elektroauto mit niedriger Leistung, wenn Sie es nicht schnellstmöglich wieder benötigen. Sehr praktisch dafür sind die von vielen Herstellern angebotenen Apps, die Ihnen ermöglichen den gewünschten Zeitpunkt und Ladestand zu wählen. Zum Beispiel 80% um 7 Uhr am nächsten Morgen, wenn Sie um kurz nach 7 Uhr zur Arbeit fahren. Alternativ bieten manche Hersteller eine Fernbedienung mit Ladetimer.

Bei niedrigen Außentemperaturen empfiehlt es sich zudem den Akku möglichst direkt nach der Fahrt zu laden, da er noch nicht ausgekühlt ist und so weniger belastet wird.

Hitze als auch klirrende Kälte mindern die Kapazität der Batterie erheblich! Im Sommer sollte Ihr Elektrofahrzeug nicht in der prallen Sonne stehen. Ein schattiger Parkplatz ist daher in den heißen Monaten zu empfehlen. Geht das Thermometer in Richtung 0° Celsius oder gar darunter ist ein geschützter Abstellplatz wie eine Garage sehr von Vorteil.

Steht ein Elektrofahrzeug längere Zeit ohne bewegt zu werden, gibt es ein paar Kleinigkeiten zu beachten, damit der Akku sie unbeschadet übersteht. Wird das E-Auto über mehrere Tage nicht genutzt wird, ist ein trockener, geschützter Stellplatz und eine mittlere Akkuladung optimal. Bleibt der Stromer gar für mehrere Monate unbewegt ist ein Ladestand von 60% ideal. Dieser sollte alle acht bis zehn Wochen überprüft und bei Bedarf nachgetankt werden.

Um eine reibungslose Funktionalität über einen längeren Zeitraum zu gewährleisten ist es notwendig, dass der Akku einmal jährlich von Fachpersonal überprüft wird. Da Elektroautos erheblich weniger Verschleißteile als Benzin- oder Diesel-Fahrzeuge verbaut haben, ist das Auto insgesamt wartungsärmer. Jedoch sollte beim mit Abstand teuersten Bauteil – dem Akku – die jährliche Inspektion auf jeden Fall durchgeführt werden. Diese muss unbedingt von Kfz-Mechatronikern mit entsprechender Zusatzausbildung erledigt werden, da unter Umständen Lebensfahr durch Stromschläge besteht. Bei einer Inspektion wird nicht nur die Batterie begutachtet. Auch die Anschlusspole werden auf Verunreinigungen und Korrosion geprüft und gereinigt.

Alternative Akkus von Elektroautos sind denkbar

Da Feststoffbatterien ohne flüssige Elektrolyte auskommen, fallen Gefahren wie Auslaufen oder in Brand geraten weg. Das wiederum hat zur Folge, dass die Aufwendungen für Schutz und Temperaturmanagement entfallen. Somit sind sie nicht nur leichter, sondern auch kostengünstiger. Aktuell sind Batterien mit Feststoffspeicher noch nicht für den alltäglichen Einsatz in Elektroautos geeignet, da ihre Ladedauer viel zu hoch ist und sie schon nach wenigen Ladezyklen zu viel ihrer Kapazität verlieren. Letzteres lässt sich durch ein neues Verfahren wesentlich verbessern, dieses findet jedoch bei 700°C statt.

Vor- und Nachteile

  • + sicher
  • + Reichweite
  • + keine Flüssigkeit, nicht entflammbar
  • + keine Entladun
  • - geringe Stromstärke
  • - auch hier wird Lithium genutzt, der Umweltaspekt bleibt bestehen

Redox-Flow-Batterie

Redox setzt sich aus den Abkürzungen für Reduktion (Elektronenaufnahme) und Oxidation (Elektronenabgabe) zusammen. Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Batterietypen, werden bei einer Redox-Flow-Batterie flüssige Elektrolyte verwendet, die in zwei voneinander unabhängigen Kreisläufen fließen. Dabei passieren sie eine galvanische Zelle in Form einer Membran, die dem Austausch von Ionen dient. Über 60 verschiedene Redox-Flow-Systeme sind bekannt, jedoch nur wenige davon wirtschaftlich anwendbar. Obwohl sie viele Vorteile vereint, benötigt sie zum Antrieb eines Fahrzeugs die Größe einer Garage und kommt damit (noch) nicht als Strombringer für Elektrofahrzeuge in Frage. Ihr Einsatzgebiet mit dem größten Potential ist derzeit als Pufferbatterie für Windkraftanlagen.

Vor- und Nachteile der Redox-Flow-Batterie

  • + hoher Wirkungsgrad
  • + hohe Lebenserwartung
  • + sicher
  • + umweltfreundlich
  • + recycelbar
  • - sehr hohes Gewicht
  • - sehr groß

Weitere Batterien bzw. Akkus, die Lithium als Anode nutzen, setzen Schwefel oder Sauerstoff als Kathode ein:

Lithium-Schwefel-Batterie

  • + weniger Gewicht bei gleicher Energiedichte
  • + Schwefel ist günstig (u.a. Abfallprodukt aus der Ölindustrie)
  • + weniger giftig als andere Kathodenmaterialien
  • - zu groß
  • - zu geringe Lebensdauer

Lithium-Sauerstoff-Batterie

  • - sehr aufwändige Produktion
  • - ungeklärte chemische Reaktionen
  • - hohe Abnutzung
  • - Korrosion
  • - noch ganz am Anfang der Entwicklung -> erste Ergebnisse werden 2030 erwartet

Alternative Akkus, die ohne Lithium auskommen, werden ebenfalls stetig weiterentwickelt. Sie haben jedoch noch zu viele entscheidende Nachteile um in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden zu können:

Natrium-Ionen-Batterie

  • + kein Kobalt benötigt
  • + Natrium ist besonders nachhaltig
  • - sehr geringe Energiedichte

Magnesium-Schwefel-Batterie

  • + sehr hohe Speicherdichte
  • + geringes Gewicht
  • - hohe Abnutzung
  • - geringe Energieeffizienz
  • - nicht langlebig

Nickel-Metallhybrid

  • + hohe Energiedichte
  • + sehr robust
  • + sehr temperaturbeständig
  • + schnelles Aufladen
  • + ohne giftige Schwermetalle
  • - sehr hohe Selbstentladungsrate
  • - neigt zum Memory-Effekt
  • - kann nur ca. die Hälfte der gespeicherten Energie abgeben
  • - niedrige Zellspannung (1,2 - 1,3 Volt)

Elektroauto Batterien wiederverwerten

Damit Elektromobilität so nachhaltig wie möglich vonstattengeht, ist es unabdingbar die Batterien am Ende ihres Lebenszyklus zu recyceln. Dabei wird sie in ihre einzelnen Module zerlegt. Ihre Restenergie wird für den Schredder genutzt, der die einzelnen Rohstoffe wie Aluminium, Lithium, Kobalt und Kupfer in staubiges Granulat häckselt. Die Elektrolytflüssigkeit wird verdampft und als Flüssigkeit gesammelt um sie in der chemischen Industrie zu verwenden. Auf diese Weise werden 96% der Batteriemodule stofflich wiederverwertet und 40% des CO2-Fußabdrucks zur Produktion neuer Akkus eingespart.

Der Elektroantrieb bringt einige sehr gute Vorteile mit sich. So ist ein Elektro-PKW um einiges leiser als ein PKW mit Verbrennungsmotor. Den wichtigsten Vorteil, Ökologisch sinnvoll zu sein, ist in der heutigen Zeit nicht Nachweißbar, da der Strom für die Elektro Fahrzeuge, nicht alleine durch Windkraft und Solar Erzeugt werden kann. Das der Elektromotor keine schädlichen Emissionen erzeugt, ist daher nur bedingt Richtig. Der Geldbeutel wird geschont, da für Elektrofahrzeuge nur sehr geringe Betriebskosten nötig sind. Der Strom für einhundert Kilometer kostet je nach Fahrzeug zwischen vierzig Cent und drei Euro. Somit sind auch die hohen Anschaffungskosten aufgrund der teuren Kleinserienfertigung gerechtfertigt. Außerdem kann auf einiges verzichtet werden, was für den Antrieb mit Verbrennungsmotor unerlässlich ist: Da die Elektromotoren über einen weiten Drehzahlbereich ein stabiles Drehmoment zur Verfügung stellen, sind weder Kupplung, noch Automatikgetriebe notwendig. Auch ein Anlasser ist nicht nötig, da die Elektromotoren selbstständig anlaufen. Genauso kann auch auf den energieverbrauchenden Leerlauf-Betrieb im Stand und eine Abgas-Anlage verzichtet werden. Besonders praktisch ist auch die Fähigkeit, beim Bremsen einen Teil der Antriebsenergie zurück Zugewinnen. In Kombination mit dem hohen Wirkungsgrad des Elektroantriebes ist ein Elektrofahrzeug dadurch nicht sehr energiesparend.

Auf den Inseln, Spiekeroog, Langeoog, Helgoland  etc. dürfen nur Elektrofahrzeuge fahren, damit die Luft dort nicht durch Abgase verschmutzt wird.