Elektroauto-Batterien – Aufbau, Eigenschaften, Zukunftsvisionen

Elektroauto-Batterien spielen eine zentrale Rolle beim Ausbau der Elektromobilität. Im Rahmen der Energiewende und des Klimaschutzes gewinnen Elektroautos immer mehr an Bedeutung und sollen in Zukunft einen wesentlichen Beitrag zur Reduktion von CO₂-Emissionen im Verkehrssektor leisten. 

E-Mobilität und die Bedeutung der E-Batterie

E-Mobilität ist ein zentraler Schritt für eine umweltfreundlichere Zukunft. Aktuelle Zahlen zeigen, dass in der Schweiz 2022 über 110’000 Elektroautos immatrikuliert waren, was eine Quote von 2,3 Prozent am Gesamtautomarkt ausmacht. Diese Zahl stieg in den letzten Jahren kontinuierlich an, und man rechnet damit, dass bis 2035 über 2 Millionen Steckerfahrzeuge in der Schweiz unterwegs sein werden. 

Der Weg dahin ist jedoch noch weit, und im Rahmen dieser ehrgeizigen Ziele müssen noch einige Dinge in Bewegung gebracht werden. Denn letztlich gilt es, die Akzeptanz von E-Autos zu steigern und Anreize zu schaffen, sodass sich mehr und mehr Endverbraucherinnen und Endverbraucher vom Kauf überzeugen lassen.

Das kann zum einen durch finanzielle bzw. steuerliche Vorteile geschehen. Zum anderen spielt aber auch die Technologie selbst eine entscheidende Rolle, und dabei geht es vor allem um die Elektroauto-Batterie. Diese ist nämlich das teuerste Element eines jeden Elektroautos. 

Jeder kennt das Prinzip von Akkus beim Smartphone oder anderen Geräten und weiss, dass die Leistungsfähigkeit mit der Zeit nachlässt. Zudem bestimmt die Batterie massgeblich, wie gross die Reichweite des Autos ist – ein wichtiger Faktor für viele Menschen, die ihr Auto alltäglich nutzen und auch längere Strecken fahren möchten. Ausserdem dauert das Aufladen einer Batterie im Vergleich zum gewöhnlichen Tanken mit Benzin deutlich länger. 

Damit sich dieser Ladevorgang in den Alltag integrieren lässt und nicht zum Hindernis wird, braucht es die richtige Batterie und stetige technologische Weiterentwicklungen.

Diese Elektroauto-Batterien gibt es

Es gibt verschiedene Arten von Batterien, die für Elektroautos verwendet werden. Neben den am häufigsten verwendeten Lithium-Ionen-Batterien gibt es Lithium-Polymer-Akkus oder Nickel-Metallhydrid-Batterien. Die Unterschiede zwischen diesen Batterietypen liegen vor allem in ihrer Leistung, Kapazität, Lebensdauer und ihren Kosten.

Lithium-Ionen-Batterien weisen gegenüber anderen Elektroauto-Batterien einige Vorteile auf. Sie haben eine höhere Energiedichte und speichern daher bei gleicher Grösse und gleichem Gewicht mehr Energie. Das sorgt für mehr Reichweite. Zudem haben sie eine längere Lebensdauer und können eine höhere Anzahl von Ladezyklen durchlaufen, bevor sie ausgetauscht werden müssen.

Einem ganz ähnlichen Prinzip folgen Lithium-Polymer-Akkus, der Einsatz des Polymer-Kunststoffs sorgt aber dafür, dass die Batterie in der Form sehr flexibel ist. 

Nickel-Metallhydrid-Batterien sind weniger anfällig für Überhitzung und gelten daher als sicherer in der Anwendung. Sie können allerdings nicht die gesamte Energie an den Motor abgeben, was die Effizienz deutlich einschränkt und den grossen Durchbruch bisher verhindert hat.

Blei-Säure-Batterien sind die älteste und einfachste Form von Batterien für Elektroautos. Sie haben jedoch eine sehr geringe Energiedichte sowie Kapazität und sind daher weniger geeignet.

Lithium-Ionen-Batterien bleiben aufgrund ihrer hohen Energiedichte, Kapazität und Lebensdauer die bevorzugte Batterietechnologie für Elektroautos. Gerade die Feststoffbatterie könnte hier aber auf Dauer für Konkurrenz sorgen. Diese Technologie hat die Marktreife aber noch nicht erreicht.

Am häufigsten verwendet: Lithium-Akkus

Elektroauto-Batterien haben sich in den letzten Jahren stark weiterentwickelt. Die Lithium-Ionen-Technologie hat sich dabei am Markt etabliert und ist in den meisten Modellen verbaut.

• Aufbau: Eine Lithium-Ionen-Batterie besteht aus mehreren Komponenten. Die wichtigsten Bestandteile sind Anode und Kathode, der Elektrolyt sowie die Separatorfolie. Die Anode besteht meist aus Graphit, während die Kathode aus einer Mischung von Lithiumverbindungen wie Lithium-Kobalt-Oxid oder Lithium-Eisenphosphat besteht. Der Elektrolyt ist eine Flüssigkeit oder ein Gel aus einer ionischen Verbindung, die es den Ionen ermöglicht, zwischen der Anode und der Kathode zu fliessen. Die Separatorfolie ist eine dünne Schicht, die zwischen der Anode und der Kathode angebracht ist, um Kurzschlüsse zu verhindern.
• Funktionsweise: Wenn die Batterie aufgeladen wird, wandern Lithiumionen von der Kathode zur Anode durch den Elektrolyten, wo sie gespeichert werden. Beim Entladen der Elektroauto-Batterie fliessen die Lithiumionen zurück zur Kathode, wo sie elektrische Energie abgeben. Ein Batteriemanagementsystem (BMS) überwacht und steuert den Ladestand und die Entladung der Batterie, um sicherzustellen, dass sie effizient und sicher arbeitet. Das BMS schützt ausserdem die Batterie vor Überladung oder Überhitzung.

E-Batterie: Kapazität, Ladezeit, Lebensdauer

Bei der Auswahl des passenden E-Autos bzw. der passenden Batterie achten (potenzielle) Käuferinnen und Käufer vor allem auf drei Aspekte: die Kapazität, die Ladezeit und die Lebensdauer. Was können E-Auto-Batterien also leisten?

Kapazität und Reichweite

Je nach Modell und Hersteller variiert die Kapazität von Elektroauto-Batterien. Die meisten Elektroautos besitzen eine Kapazität zwischen 40 und 100 kWh. Eine höhere Batteriekapazität bedeutet eine höhere Reichweite. So kann ein Elektroauto mit einer Batteriekapazität von 40 kWh etwa 200 km oder mehr zurücklegen, während ein Elektroauto mit einer Batteriekapazität von 100 kWh eine Reichweite von über 600 km erreicht. Die genauen Werte variieren, wie bei Verbrennungsmotoren auch, von Modell zu Modell. Laut ADAC-Ecotest pendeln sich die Werte je nach Hersteller und Auto zwischen 16,7 kWh/100 km und 30,9 kWh/100 km ein.

Die Reichweite eines Elektroautos hängt jedoch ebenso von anderen Faktoren ab, wie z. B. der Fahrweise, der Temperatur oder dem Einsatz von Klimaanlagen oder Heizungen. 

Ladezeit und Ladeinfrastruktur

Ein Elektroauto mit einer Batteriekapazität von 80 kWh kann an einer Schnellladestation in etwa 30 Minuten auf 80 Prozent aufgeladen werden. Eine vollständige Ladung mit Gleichstrom (DC) kann je nach Ladeleistung jedoch bis zu 1,5 Stunden dauern. Auf schweizerischen Strassen gibt es zahlreiche Schnellladestationen, das Netz wird kontinuierlich weiter ausgebaut. Das Laden an einer AC-Ladestation oder an der heimischen Wallbox mit Wechselstrom dauert nochmals deutlich länger. Gerade zu Hause kann das Auto aber auch einfach über Nacht laden und ist dann für den nächsten Tag einsatzbereit.

Lebensdauer und Recycling

Die Lebensdauer einer Batterie beschäftigt Autokäuferinnen und -käufer aus vielerlei Gründen. Eine Batterie verliert im Laufe der Zeit an Kapazität und Leistung. Die Art der Batterie, die Nutzung, die Umgebungstemperatur: Viele Faktoren beeinflussen letztlich die Lebensdauer. Eine Batterie kann je nach Modell und Hersteller eine Garantie von acht bis zehn Jahren erreichen. Allerdings ist ein gewisser Leistungsverlust immer zu erwarten. Die vollen 100 Prozent wird eine Batterie nach 100'000 km nicht mehr erreichen. Dennoch können moderne Batterien ein langes Leben haben und müssen nicht – wie von vielen befürchtet – alle zwei Jahre ausgetauscht werden. Übrigens: Das langsame Laden, meist zu Hause mit Wechselstrom, ist deutlich schonender für die Batterie.

Das Recycling von Batterien trägt zur Reduzierung des Abfalls bei und ermöglicht die Wiederverwendung wertvoller Rohstoffe. Das kommt nicht nur der Umwelt zugute, sondern kann langfristig auch Rohstoffknappheiten entgegenwirken. Moderne Recyclingverfahren können bis zu 90 Prozent der verwendeten Ressourcen wiedergewinnen.

Das E-Occasionsauto: Die Batterie im Fokus

Der Kauf eines Occasionsautos ist immer mit einem gewissen Risiko verbunden. In welchem Zustand ist das Auto und wie lange halten die einzelnen Verschleissteile noch durch? Beim E-Auto kommt die Komponente der durchaus empfindlichen Batterie hinzu. 

Deren Leistungsfähigkeit nimmt zwangsläufig ab. Das muss kein Hindernis für einen Occasionskauf sein, dennoch sollten Sie möglichst genau wissen, welche Restleistung die Batterie noch aufbringen kann und ob diese für Ihre Zwecke reicht.  

Im Idealfall sollte die Verkäuferin oder der Verkäufer anhand von regelmässigen Check-ups nachweisen, wie sich der Zustand der Batterie entwickelt hat und mit welcher Leistungsfähigkeit jetzt noch zu rechnen ist. Liegen solche Dokumente zum sogenannten State of Health nicht vor, sollten Sie die Batterie von Profis durchchecken lassen, bevor Sie dem Kauf zustimmen.

Der CO₂-Fussabdruck einer E-Batterie

Elektroautos werden oft als umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Fahrzeugen beworben, da sie keine Emissionen ausstossen und somit den CO₂-Fussabdruck reduzieren. Allerdings wird nicht selten übersehen, dass auch die Produktion und Entsorgung der Elektroauto-Batterien mit Umweltbelastungen verbunden ist.

Die Herstellung von Elektroauto-Batterien erfordert eine hohe Menge an Rohstoffen, die oft unter schlechten Arbeitsbedingungen und mit hohem Energieaufwand abgebaut werden. Darüber hinaus benötigt die Herstellung der Batterien viel Energie, die oft aus fossilen Brennstoffen stammt und somit zur Freisetzung von CO₂ beiträgt.

Studien zeigen allerdings, dass das E-Auto die umweltfreundlichere Alternative zum Verbrennungsmotor ist. Entscheidend ist dabei jedoch auch, mit welchem Strom Sie Ihr Auto tanken. Mit dem herkömmlichen Strommix müssen Sie mindestens 80'000 km zurücklegen, um klimafreundlicher als ein vergleichbares Diesel-Modell zu fahren. Laden Sie reinen Ökostrom, erreichen Sie dieses Ziel bereits nach 40'000 km.

Die Batterie als aktuelle Herausforderung in der E-Mobilität

Elektroautos haben in den letzten Jahren immer mehr an Beliebtheit gewonnen, und die Verkaufszahlen steigen stetig. Allerdings gibt es nach wie vor verschiedene Herausforderungen zu überwinden, die im Zusammenhang mit der Batterie stehen:

• Preis: Die Batteriekosten machen einen erheblichen Anteil am Gesamtpreis eines Elektroautos aus. Der Preis ist in den letzten Jahren zwar gesunken, wirkt auf Endverbraucherinnen und Endverbraucher aber immer noch hoch im Vergleich zu Verbrennungsmotoren. Wenn Sie Ihr Elektroauto versichern, sollten Sie daher über eine zusätzliche Elektroauto-Batterie-Absicherung nachdenken. 
• Energiedichte: Es gibt verschiedene Forschungsprojekte, die darauf abzielen, die Energiedichte von Batterien zu erhöhen und die Kosten zu senken. Eine vielversprechende Technologie ist die Feststoffbatterie, die im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien eine höhere Energiedichte und eine längere Lebensdauer aufweisen soll. Die Feststoffbatterietechnologie befindet sich jedoch noch in der Entwicklungsphase.
• Rohstoffeinsatz: Die Verfügbarkeit und der Preis der in Batterien enthaltenen Rohstoffe haben einen massiven Einfluss auf die Batterieproduktion. Die meisten dieser Rohstoffe werden derzeit in Australien, Chile, China und anderen Ländern abgebaut. Eine Diversifizierung der Rohstoffquellen und eine Erhöhung der Recyclingquote tragen dazu bei, die Abhängigkeit von bestimmten Rohstofflieferanten zu reduzieren.
• Ladeinfrastruktur: Um Elektroautos für den Massenmarkt attraktiver zu machen, muss sich die Ladeinfrastruktur verbessern. Die Ladezeit und die Reichweite sind massgebende Faktoren bei der Entscheidung für den Kauf eines Elektroautos. Die Errichtung von Schnellladestationen entlang der Autobahnen und in den Städten sowie die Entwicklung von Ladetechnologien mit höherer Leistung sorgen für Akzeptanz unter potenziellen Kunden.
• Recycling: Da die Nachfrage nach Elektroautos und somit auch nach Batterien steigt, wird die Menge an Batterien, die zu entsorgen sind, steigen. Eine effektive Wiederverwertung und das Recycling von Batterien ermöglichen es, wertvolle Rohstoffe zurückzugewinnen und die CO₂-Bilanz und damit den negativen Einfluss auf die Umwelt zu verbessern.

Lebensdauer der Batterie verlängern: Das können Sie tun

Mit folgenden Tipps können Fahrerinnen und Fahrer eines Elektroautos die Lebensdauer der Batterie verlängern und sicherstellen, dass das Elektroauto die volle Leistung bringt – auch noch nach vielen Kilometern:

1. Elektroauto laden: Es ist wichtig, die Batterie nie zu überladen oder vollständig zu entladen, da dies ihre Lebensdauer verkürzen kann. Idealerweise liegt der Ladezustand immer zwischen 20 und 80 Prozent.
2. Fahrweise: Eine schonende Fahrweise kann dazu beitragen, die Belastung der Batterie zu reduzieren und ihre Lebensdauer zu verlängern.
3. Extreme Temperaturen: Elektroauto-Batterien arbeiten am besten bei mittleren Temperaturen. Zu hohe Temperaturen, aber auch Kälte, können die Batterie belasten und langfristig Schäden verursachen.
4. Nicht nur Schnellladung: Die zahlreichen Schnellladestationen sorgen für eine rasche Aufladung, teilweise in weniger als einer Stunde. Das kann im Alltag zwar eine verlockende Zeitersparnis sein, sollte aber nicht auf Dauer genutzt werden. Die langsamere Aufladung an der eigenen Wallbox sollte der Standard sein, um den Akku nicht zu schnell in Mitleidenschaft zu ziehen.
5. Wartung: Durch eine regelmässige Wartung und Inspektion der Elektroauto-Batterie lassen sich potenzielle Probleme frühzeitig erkennen und können im Zweifel schnell behoben oder als Garantieanspruch geltend gemacht werden. 
6. Vorsicht im Winter: Im Winter kann es so wirken, als würde das E-Auto nicht mehr die gewohnte Reichweite schaffen. Tatsächlich beeinflussen die niedrigen Temperaturen die Leistung der Batterie negativ. Aber auch die zusätzliche Verwendung zum Beispiel der Sitzheizung zehrt am Verbrauch. Steht das Auto an der heimischen Wallbox, sollte der Wagen noch während des Ladevorgangs vorgeheizt werden, um die Effizienz zu steigern.

Fazit: Die Batterie als wesentlicher Faktor für den Erfolg von E-Autos

Reichweite, Ladezeit, Lebensdauer: Viele der wichtigsten Aspekte beim Kauf eines E-Autos hängen massgeblich mit der Batterie zusammen. Die kontinuierliche Verbesserung der Batterietechnologie hat dazu beigetragen, dass Elektroautos heute eine praktikable Alternative zu herkömmlichen Fahrzeugen darstellen. Dennoch gibt es nach wie vor einige Hürden zu überwinden, damit Elektroautos für immer mehr Menschen in Frage kommen. Die Preise spielen ebenso eine Rolle wie die Ladeinfrastruktur. Und neue Technologien, wie das bidirektionale Laden, stehen bereits in den Startlöchern. Elektroauto-Batterien werden langfristig zu einem umweltfreundlicheren Verkehr beitragen.

Häufig gestellte Fragen zu Elektroauto-Batterien

Wie lange hält die Batterie eines Elektroautos?

Die Lebensdauer einer Elektroauto-Batterie hängt von vielen Faktoren ab, einschliesslich der Art der Batterie, der Fahrbedingungen und der Wartung. Eine typische Elektroauto-Batterie kann bis zu 200'000 km oder mehr auf sich nehmen, bevor sie ersetzt werden muss.

Wie viel kostet eine Elektroauto-Batterie?

Die Kosten hängen von der Grösse der Batterie und der Art des Elektroautos ab. Eine typische Elektroauto-Batterie kann etwa 50 Prozent des Fahrzeugpreises ausmachen, obwohl die Preise je nach Hersteller und Modell variieren.

Wie oft muss man eine Elektroauto-Batterie kontrollieren lassen? 

Die Wartungsanforderungen einer Elektroauto-Batterie hängen von der Art der Batterie ab. Lithium-Ionen-Batterien, die am häufigsten in Elektroautos verwendet werden, erfordern normalerweise nur minimale Wartung, einmal im Jahr sollte dennoch der Profi ran.

Reicht der Bestand an Lithium auf der Welt, um den Bedarf an E-Autos zu decken?

Langfristig ist die Ressourcenknappheit beim Lithium tatsächlich ein potenzielles Problem. Gerade die anspruchsvollen Klimaziele und die verstärkte Förderung der E-Mobilität lassen die Nachfrage nach Lithium steigen. Neue Technologien und ein effizienteres Recycling der Rohstoffe können diesem Problem zumindest in Teilen entgegenwirken.

Können Elektroauto-Akkus auch gemietet werden?

Früher boten viele Hersteller die Möglichkeit an, die teure Batterie nur zu mieten. Das verändert die Kostenfrage und garantiert regelmässige Serviceleistungen. Heute sind allerdings die meisten Hersteller von diesem Konzept zurückgetreten.