Inzwischen gibt es viele verschiedene Arten von Batterien von Elektrofahrzeugen. Am bekanntesten ist die Lithium-Ionen-Batterie. Sie ist der heutige Standard und wird permanent verbessert. Höhere Reichweiten, ein besseres Leistungsgewicht und die Reduzierung oder der Ersatz kritischer Ressourcen sind das Ziel der Forschung. So wollen Hersteller eine Unabhängigkeit von Ländern (in erster Linie in Asien) mit grossen Vorkommen der benötigten Rohstoffe schaffen.
Abseits dieser vielfach beschriebenen Problematik gibt es auch die wirtschaftliche Sichtweise, die sich auf den Kunden auswirkt. Denn, die Batterie ist der grösste Kostenfaktor bei Elektroautos. Das Problem ist: die Preise für die Rohstoffe dürften auch in Zukunft kräftig anziehen. Dafür ist nicht nur die steigende Nachfrage verantwortlich. Die Rohstoffgewinnung kommt quasi nicht hinterher und Spekulationen treiben die Preise künstlich in die Höhe.
Die diversen Strategien der Autohersteller um die Preise für Elektroautos attraktiv zu gestalten
Autohersteller sind sich natürlich bewusst, dass der steigende Preis die Nachfrage drückt. Daher lassen sie sich einiges einfallen, um die hohen Kosten für die Batterien zu senken oder zu verteilen.
Für automotive Startups sind diese Kosten besonders problematisch, da die meisten Interessenten sich ohnehin oftmals schwer tun dürften, eine so langfristige Investition wie ein Auto zu tätigen wenn die Firma nicht lange etabliert ist und wenig Kapital im Rücken hat. Sollte ein Mobility Startup in die Insolvenz gehen, so kann eine anstehende Reparatur für den Kunden unter Umständen kompliziert werden. Freie Werkstätten oder andere Hersteller haben gegebenenfalls nicht das Know-How für die Reparatur der Batteriesysteme und Akkus eines Elektroautos.
Neue Mobility Startups berücksichtigen die Option des Kunden, die Batterie für das Elektroauto zu kaufen oder mieten
Beispiele für vielversprechende Mobility Startups mit Elektroautos im Angebot sind neben gefühlt unzähligen chinesischen Firmen die deutschen Firmen Sono Motors aus München die e-Go-Mobile AG aus Aachen oder Microlino aus Küsnacht bei Zürich. Hier arbeitet die Familie Ouboter am Release ihres kleinen Elektrofahrzeuges, das im September 2021 auf der IAA Mobility in München vorgestellt wird.
Das Elektroauto mit Batterie kaufen oder die Batterie mieten? Das Beispiel des Sion von Sono Motors
Sono Motors aus München musste den Preis für den Sion im Vergleich zum Ursprungspreis um einige Tausend Euro erhöhen, weil die Batteriekosten gestiegen waren. Insgesamt entfallen bei diesem Fahrzeug etwa 50% der Kosten auf die Batterie des Elektroautos. Um die Kosten zu verteilen bietet Sono Motors zusätzlich sein Elektroauto mit Batterie Miete oder Batterie Leasing an. Die Preise dafür betragen zwischen 90 und 140 CHF pro Monat. Damit kostet das erste Modell von Sono Motors, das Sion Elektroauto ab 10’000 CHF ohne Batterie zuzüglich der monatlichen Fixkosten. Manchem Käufer mag diese Option lieber sein, etwa weil man sich eventuell wieder gegen den Sion entscheidet. Dieses Beispiel zeigt sehr anschaulich, dass der Preis der Batterie einen nicht unerheblichen Teil des Preises für ein Elektroauto ausmacht.
Das Elektroauto mit Batterie mieten – die Renault Zoe ermöglichte früher eine Akku Miete
Renault betrieb in den vergangenen Jahren ein Batterie-Leasing, quasi als Schnupperanreiz für den elektrischen ZOE. Mit Erfolg, denn der Zoe Elektrowagen war über Jahre das meistverkaufte Elektroauto in der Schweiz. Der dadurch niedrigere Preis und die Sicherheit, nicht auf den hohen Akku-Kosten sitzen zu bleiben, sollte dieser doch einmal kaputt gehen nach Ablauf der Garantie, überzeugte die Käufer. Abgesehen davon muss die Batterie irgendwann ersetzt werden. Dann kommen nicht mehrere tausend CHF auf einmal auf den Fahrzeughalter zu.
Was ist der Stand der Technik beim Wechsel von Batterien?
Für den Wechsel, bzw. den Tausch von Batterien gibt es schon länger diverse Konzepte. Das Ziel ist in der Regel, durch den Swap der Batterie längere Ladezeiten zu umgehen.
Allerdings setzen nicht viele Hersteller auf diesen Wechsel der Elektroauto Batterie. Jüngstes Beispiel für den Wechsel des Akku für ein eAuto ist der chinesische Hersteller NIO. Anstelle an eine von derzeit noch wenigen Ladestationen zu fahren und an dieser die Batterie für das Elektroauto vollzuladen, präsentierte NIO dieses Laden ‘on the fly’ – quasi die Bestückung der neuen Akkus in ähnlicher Zeit, wie beim Tanken von Benzin. In China hat NIO bereits Tausende dieser Wechselakku Stationen implementiert. In diesem Jahr kommen die NIO Elektroautos nach Europa und haben zunächst in Norwegen gestartet.
Welche weiteren Optionen gibt es für das Laden der Elektroauto Batterie?
Der amerikanische Elektroauto Hersteller Tesla hat ein Patent für eine Station, die die Akkus der Autos innerhalb weniger Minuten und vollautomatisch tauschen sollte. Allerdings wurde diese Lösung bislang nicht eingesetzt, da CEO Elon Musk auf performante Batterien und deren Schnellladung setzt.
Das in der Schweit beheimatete Startup „Better Place“ hatte es früh vorgemacht. Ziel dieses Unternehmens, an welchem auch Renault-Nissan beteiligt war, war es, Elektroautos zu entwickeln, bei denen die Batterie schnell gewechselt werden können. Allerdings ist für eine lange Lebensdauer eine moderate und schonende Ladung wichtig. Dieser Umstand behindert solche Konzepte bis heute und es dürfte der Hauptgrund sein, warum es um diesen Nischenmarkt so still geworden ist.
Was sind die aktuellen Innovationen für die Batterien für Elektroautos?
Möglicherweise bekommt der Markt für Elektroauto Batterien einen neuen Aufschwung mit einem neuen Batterietyp, der schneller zu laden ist und ohne die negativen oben beschriebenen Auswirkungen.
Welche Batterietypen gibt es derzeit am Markt?
Die OEMs bekommen die Akkus von verschiedenen Firmen mit Know-How auf dem Gebiet der Batteriefertigung geliefert. Daher gibt es natürlich Qualitätsunterschiede unter den Akkus. Doch diese Unterschiede sind natürlich meist Betriebsgeheimnis und dürften erst nach einigen Jahren an Erfahrung und Tests mit den unterschiedlichen Fahrzeugen bekannt werden. Beispielsweise beliefert Panasonic noch Tesla, Samsung ist Partner von BMW und Renault, Audi und SAIC Motor erhalten ihre Batterien von LG Chem.
Die Lithium-Ionen-Batterie für das Elektroauto dominiert
Die Lithium-Ionen-Batterie beherrscht derzeit den Markt der Batterien von eAutos. Ihr Verhältnis der Energiekapazität zum Gewicht (Energiedichte) in Kombination mit dem langen Lebenszyklus ist nach heutigem Stand der Wissenschaft und der Marktreife die bevorzugte, nutzbare Möglichkeit für Elektrofahrzeuge.
Die Forschung zur weiteren Verbesserung der Lithium-Ionen-Batterie konzentriert sich hauptsächlich auf die Elektroden. Insbesondere die Anode soll eine andere Beschaffenheit bekommen. Sie besteht meist aus Graphit. Das Ziel ist, sie mit möglichst viel Silizium zu konstruieren. Das erhöht die Energiedichte und damit die Reichweite. Auch die Kathode ist Gegenstand der Forschung. BASF forscht zum Beispiel daran die Materialzusammensetzung zu ändern, um die Reichweite und Lebensdauer der Batterie zu erhöhen während gleichzeitig die Grösse schrumpft.
Eine spannende Lösung bietet die Festkörper Batterie (solid-state Batterie)
Festkörper Batterien sind ein weiteres, heisses Thema. Sie enthalten nur noch geringe Anteile Flüssigkeit, verfügen über eine deutlich höhere Energiedichte. Zudem benötigen sie nicht unbedingt Kobalt. Für die gleiche Reichweite genügt eine kleinere Batterie. Der feste Stoff muss nicht gekühlt oder geheizt werden, was sich positiv auf die Reichweite im Winter und Sommer auswirkt. Die Brandgefahr ist minimiert.
Weitere Batterien für Elektroautos mit Zukunftspotential
Vielversprechend könnte auch die Technologie der Lithium-Schwefel-Akkus sein. Sie sollen ein Zehnfaches der Kapazität einer Lithium-Ionen-Batterie bieten. Allerdings geht die erhöhte Kapazität etwas zu Lasten des Volumens und des Gewichts. Lithium-Luft-Akkus sollen eine um den Faktor 20 höhere Energiedichte als Lithium-Ionen-Akkus haben. Die Lebensdauer benötigt jedoch noch Forschungsbedarf.
Lässt sich das teure und schwer zu gewinnende Lithium ganz aus der Batterie verdrängen?
Langfristig ist eine Verdrängung des Lithiums allerdings denkbar. Die Umweltbelastung in den Abbaugebieten ist nach wie vor hoch. Allerdings werden inzwischen auch in Europa Lithium Vorräte entdeckt, demnach wäre ein lokaler Abbau deutlich umweltfreundlicher zumal der Transport entfallen würde. Die Forschung konzentriert sich daher zusätzlich auf Materialien wie Natrium in Natrium-Ionen-Akkus oder Magnesium und Schwefel in Magnesium-Schwefel-Akkus. Flusszellenbatterien auf Wasserbasis mit einem Elektrolyten sind bereits erfolgreich als stationäre Batteriespeicher im Einsatz. Ihre Verwendung in Elektroautos ist ebenfalls Forschungsgebiet.
Wie sollten sich Käufer von E-Autos also aufstellen um den steigenden Kosten entgegen zu wirken?
Die Batterie langfristig zu schonen und ihr damit ein langes Leben zu ermöglichen, das liegt gänzlich in der Verantwortung des Fahrers und ist die beste Möglichkeit, die Kosten eines Wechsels hinauszuzögern. Allerdings ist noch wenig über das exakte Innenleben und die beste Handhabung bekannt, um tatsächlich Empfehlungen auszusprechen. Es gibt herstellerspezifische, technische Unterschiede. Der Kunde kommt quasi nicht an Informationen über den Aufbau der Batterie heran.
Die Lebensdauer der Batterien hängt von einigen Faktoren ab:
- die Anzahl der Ladezyklen
- die Ladegeschwindigkeit
- die Fahrweise
- die Temperatur
Batterien werden vom Bordsystem bis 80% mit maximaler Geschwindigkeit geladen. Die restlichen 20% für eine volle Ladung der Kapazität, erfolgt mit gedrosselter Geschwindigkeit. Permanente Schnellladung ist nicht die richtige Methode, um die Lebensdauer zu verlängern. Eine langsame Ladung, etwa über Nacht, tut der Batterie gut. Dieses Verfahren soll die Batteriezellen schonen. Oftmals ist, aus dem gleichen Grund, eine Entladung bis höchstens 20% der Kapazität empfohlen.
Längere Zeit mit Bleifuss zu fahren oder häufiges Überholen gilt ebenfalls als schädlich für die Kapazität und die Lebensdauer der Batterie für Elektroautos. Besonders tiefe oder hohe Temperaturen sind ebenfalls schädlich für die Kapazität und Reichweite. Eine Garage ist daher ein guter Ort um das Elektroauto abzustellen, besonders im Winter und im Hochsommer.
Eine tatsächliche Wartung des Akkus gestaltet sich schwierig, die Notwendigkeit ist allerdings auch nicht unbedingt gegeben. Sie beschränkt sich gerne auf die Reinigung der Anschlüsse, der Kabelverbindungen sowie eine Kontrolle des Ladegerätes und des Zustands der Batterie.
Das Recycling der Elektroauto Batterien
Das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien aus Autos wird aber immer wichtiger, denn schneller als erwartet stehen schon die ersten Stromer zur Ausmusterung an. Das liegt an der stark gestiegenen Nachfrage nach E-Autos und de damit verbundenen Entsorgung von Batterien nach der Lebensdauer de Akkus. Doch wohin mit den Batterien der E-Autos?
In China wurde der riesige Markt erkannt, denn bis jetzt entsorgen und recyceln nur wenige Fachbetriebe die Powerbatterien aus den Autos. Auch in Europa wird man sich dem Problem bewusst. Vielfach werden die Batterien einem sogenannten Second Life, also einem zweiten Leben zugeführt. Dabei werden die ‚älteren‘ Akkus vor allem als Speicherkapazität genutzt.
Die Entsorgungsunternehmen in der Schweiz arbeiten derzeit an Lösungen für die Rücknahme der Batterien. Aufgrund des heute noch recht niedrigen Bestandes von alten, auszusortierenden E-Autos in der Schweiz wird sich ein solches Recycling noch ein paar Jahre hinziehen, bis es profitabel gestaltet werden kann. Doch dann ist die Rückgewinnung der Rohstoffe von recycelbaren Batterien ein gutes Geschäft, so wie es derzeit die ersten Umsetzungen in China oder Norwegen zeigen.
Fazit: Die Batterien für Elektroautos sind ein sehr spezielles Thema das noch lange nicht vollständig ausgereift ist
Nichts an einem Elektroauto ist so sensibel, teuer und wichtig, wie die Batterie. Sie hat bereits eine lange Entwicklungsphase hinter sich und hat als Antriebsform für Elektroautos nicht zu Unrecht den Markt erobert. Der heutige Stand der Technik bietet bei ein wenig sorgsamem Umgang ein langes Leben und viel Freude am Elektroauto. Neue und vielversprechende Technologien stehen in den Startlöchern. Sie enthalten das Potential für völlig neue Reichweiten, Kosteneinsparungen und die effektive Schonung von Ressourcen.
Obwohl die Kosten für die Batterie derzeit noch massgeblich den Endpreis des Fahrzeugs bestimmen, so muss man auch sehen, dass die Preise für Lithium-Ionen-Batterien in den letzten 10 Jahren um etwa 80% gesunken sind. Dieser Trend ist jetzt ins Stocken geraten. Die Nachfrage, die Forschungsaufwendungen für die Weiterentwicklung der Batterien und die Erzeugung der Rohstoffe bestimmen den Preis auch weiterhin.
Aus diesen Gründen ist es auch schwierig, sich heute für den Kauf eines eAutos mit Batterie festzulegen, oder sich besser auf eine Elektroauto Akku Miete einzurichten. Tendenziell sind aufgrund der schnellen technischen Entwicklung der Akkus Miete und Leasing der Batterien heute noch sinnvoll. Allerdings erscheinen die monatlichen Kosten von 100 CHF und mehr für eine Batterie durchaus hoch. Hier gilt es abzuwägen, wie lange man plant das Elektroauto zu fahren und wie man bei einem Verkauf des eAutos die Kosten für die ältere Batterie tatsächlich in den gesamten Lebenszyklus-Kosten des Fahrzeuges mit berücksichtigt.