Übersicht über Akkumulatoren/Akkus in Elektroautos

In den heutigen Elektroautos werden nicht immer die gleichen Akkus verwendet. In den meisten Modellen werden Akkus mit der Lithium-Ionen Technik verwendet. Diese Akkus haben die weiteste Verbreitung und finden sich somit auch in Handys oder Laptops.

 

Lithium-Ionen Nickel-Metallhydrid Redox-Flow Aluminium-Luft Lithium-Polymer-Ionen Lithium-Eisenphosphat
Nennspannung (V) 3,6 1,25 1,4 1,2 3,7 3,2-3,3
Energiedichte (Wh/kg) 110-160 60-120 15-25 1300 140 90
Selbstentladung (pro Monat) 2% 15% keine keine 5% 3-5%
Ladezyklen 500-1000 300-500 +10000 1500 300-600 4000*
Nutzbar in Elektroauto Ja Ja Ja Ja Ja Ja
Genutzt in BMW,
Tesla, Ford, Mercedes, Tesla, VW, Citroen, Nissan, Mitsubishi		 Toyota Prius Quant F bisher keinem Modell KIA Soul EV BYD e6
Vorteile Hohe Energiedichte,Geringe Selbstentladung,Hoher Wirkungsgrad Geringe Herstellungskosten,Geringe Selbstentladung,Wenig feuergefährlich Robust,Je nach Elektrolyt günstig Hohe spez. Energie,Hohe Reichweite,Wenig Gewicht Geringer Verlust,Kein Memoryeffekt Hohe Sicherheit,Hohe Zyklenfestigkeit,Lange Lebensdauer
Nachteile Begrenzte Ladezyklen,Begrenzter Ladestrom,Keine Überladung Geringe Speicherkapazität,
Temperaturempfindlich,
Memoryeffekt		 Zu niedriger Energiegehalt Ersatz Anode nur in Werkstatt,Nicht aufladbar Empfindlich ggü.
Tiefentladung/Überladung,
Eingeschränkter Temperaturbereich		 Geringe Energiedichte

Inhaltsverzeichnis

1. Was ist ein Akku
2. Übersicht existierender Akkutypen
3. Kaufkriterien
4. Pflege und Wartung
5. Forschung und Entwicklung
6. Die wichtigsten Hersteller
7. Glossar

 

Einleitung

Es ist das zentrale und meist diskutierte Thema und auch Problematik, wenn es um Elektromobilität geht: Akkus. Strom lässt sich nur schwer speichern. Es gibt die Möglichkeit der direkten und indirekten Stromspeicherung. Bei der direkten Stromspeicherung lässt sich der Strom speichern, indem man Bewegung der Ladungsträger, meist das negativ geladene Elektron (Kathode), aufrecht hält. Bei der indirekten Speicherung wird die Treibkraft, die Konzentrationsunterschiede zwischen den Ladungsträgern aufrecht gehalten. [31]

Wenn über Elektroautos gesprochen wird, kommt man ab einem gewissen Punkt immer wieder auf das Thema. Akkumulatoren ist die Schlüsseltechnologie für den Wandel von Benzin-/Diesel-betriebenen Fahrzeugen hin zu elektrobetriebenen Fahrzeugen.

 

1. Was ist ein Akku

Ein Akku wird in vielen Geräten des alltäglichen Gebrauches genutzt: Mobiltelefone, Tablets, Laptops. Das gleiche Prinzip, jedoch in einer anderen Größenordnung, nutzt auch die Elektromobilität.

Ein Akku oder auch Akkumulator ist ein wieder aufladbarer Speicher für elektrische Energie auf elektrochemischer Basis.Oft wird für Akku auch der Begriff Batterie benutzt. Eine Batterie oder Akkumulator enthält eine oder mehrere Speicherzellen, die in Reihe, Parallel oder einer Mischung aus beiden geschaltet werden. Dies ist von der gewünschten Ausgangsspannung und Kapazität abhängig.

Jede dieser Speicherzellen besteht aus drei Hauptkomponenten:

  1. Anode (positive Elektrode): gibt Elektron ab.
  2. Kathode (negative Elektrode): nimmt Elektron auf.
  3. Elektrolyt: Medium, welches sich zwischen Anode und Kathode befindet. Es ist für die Übertragung der Energie zuständig. Typisch für ein Elektrolyt ist eine Flüssigkeit, wie etwa Wasser, andere Lösungsmittel mit gelösten Salzen, Säuren oder Alkalien. Die Flüssigkeit sorgt für die Ionenleitfähigkeit. [2]

Elektrische Energie kann grundsätzlich in mehreren Formen gespeichert werden, für die Nutzung in der Elektromobilität sind jedoch nur interessant:

  • Akkumulatoren
  • Wasserstoff

Unter dem Akkumulator wird der typische Akku verstanden, wie beispielsweise ein Lithium-Ionen-Akku, der sich durch Strom aus der Steckdose laden lässt. Bei der Speicherung als Wasserstoff, welcher jedoch im Grunde genommen auch einen Akkumulator darstellt, wird der Strom als Wasserstoff mittels Elektrolyse umgewandelt.

Wobei nur die Nutzung der Akkumulatoren wirtschaftlich und sinnvoll für die Verwendung in Elektroautos ist. Beim Antrieb von Elektroautos mit Wasserstoff verbraucht ein Auto mehr als dreimal so viel Strom wie ein Elektroauto mit Akku. [4]

Hier zu mal ein praktisches Beispiel:
„In der Theorie kann eine Brennstoffzelle eine Effizienz von bis zu 83 Prozent erreichen. Die Praxis sieht anders aus, wie beim neuen Honda Clarity: Er ist ausgestattet mit einer PEM-Brennstoffzelle und einem Tank, der 5 kg Wasserstoff bei 700 bar Druck speichert. Honda glaubt, damit eine Reichweite von 300 Meilen, also 480 km, nach EPA-Norm zu erreichen. Zum Vergleich: Ein Tesla Model S mit dem 85-kWh-Akku erreicht nach der gleichen Norm 430 km. Der Tesla bräuchte also einen 95-kWh-Akku, um die gleiche Reichweite zu erzielen.

Doch wie viel Energie benötigt der Honda dafür? 1 kg Wasserstoff hat einen Energiegehalt von 142 MJ. Das entspricht knapp 40 kWh. Der Tankinhalt des Clarity entspricht also einer Energiemenge von 200 kWh. Die Brennstoffzelle des 600 kg leichteren Clarity verbraucht auf der gleichen Strecke die doppelte Menge Energie eines Tesla S. Die durchschnittliche Effizienz erreicht nicht mehr als 50 Prozent.“ [4]

Oder um es einfacher auszudrücken:
Bei der Speicherung von Strom in Akkus werden jeweils 10% beim Laden, Entladen, bei der Umwandlung von mechanischer Leistung im Elektromotor und bei der Stromweiterleitung im Netz verloren. Man erzielt also in etwa eine nutzbare Leistung von 60%.

Bei der Speicherung von Wasserstoff hat meinen Verlust von 40% bei der Elektrolyse, 10% beim Transport, 10% Verluste des Elektromotors und einen maximalen Wirkungsgrad der Brennstoffzelle von 50%, sodass nur etwa 25% genutzt werden können. [5]

 

2. Übersicht existierender Akkutypen

Es gibt unzählige Akku-Typen auf dem Markt, doch nicht jeder eignet sich für die Nutzung in Elektrofahrzeugen. Ein Beispiel dafür ist der Bleiakkumulator, der in Fahrzeugen als Starterbatterie oder auch vereinzelt in Hybriden genutzt wird. Dieser ist preisgünstig herzustellen, aber verfügt über eine zu geringe Energiedichte, um ihn für den Antrieb zu benutzen. Im Folgenden betrachten wir nun Akku-Typen, die auch für den Betrieb in elektrobetriebenen Fahrzeugen geeignet sind und/oder ein Steigerungspotenzial in Forschung und Entwicklung besitzen.

Die Basiszellen sind der Grundbaustein jedes Akkus, daher auch für Fahrzeugakkus.

Basiszellen für Fahrzeugakkus

  • Nickel-Metallhydrid-Akku (NiMH)
  • Natrium-Nickelchlorid-Batterie (ZEBRA-Batterie)
  • Lithium-Ionen-Akku

 Akkus in der Größenordnung, die man für die Nutzung in Elektroautos benötigt, werden durch das Zusammenschalten mehrerer Zellen zu einem Modul und weiterhin dem Zusammenführen von mehreren Modulen zu einem Fahrzeugakku realisiert.

Bevorzugt werden in Elektroautos Lithium-Ionen-Akkus verwendet, vereinzelt werden in Hybridautos auch Nickel-Metallhydrid-Akkus genutzt.

Die Zebra-Batterie hat keine Selbstentladung, muss aber für ihren Betrieb auf 300°C aufgeheizt werden. Deshalb konnte sie sich nicht auf dem Markt für Elektroautos durchsetzen.

 

Lithium-Ionen-Akkus

Durch die immer weiter fallenden Kosten für Lithium-Ionen-Akkumulatoren nimmt dieser Akku-Typ eine immer größere Rolle in der Elektromobilität ein. Größtes Einsatzgebiet bisher sind Mobiltelefone gefolgt von Notebooks.

Der Aufbau des Lithium-Ionen-Akkus entspricht dem typischen Aufbau eines Akkus wie unter Punkt 2. Schematisch ist der Aufbau in nachfolgender Abbildung dargestellt:

Es gibt mehrere Möglichkeiten, Basiszellen zu nutzen. Nachfolgend werden drei Bauarten Zellen vorgestellt:

 

Rundzellen Rundzellen,sind die gleichen Zellen, die auch in anderen elektronischen Geräten,verwendet werden. Zur Umsetzung zur Nutzung in einem Elektroauto müssen,mehrere tausend Basiszellen miteinander verbunden werden. Diese Technologie,wird beispielsweise im Tesla Model S verwendet.
Prismatische Zellen Die
Zellen sind speziell für die Nutzung in Fahrzeugen entwickelt worden. Hierbei
werden einige hundert Basiszellen für einen Akku benötigt. BMW und VW nutzen
diese Art der Zellen.
Pouch-Zellen Pouch-Zellen
sind leichter als die oben genannten Zellen. Sie verfügen über kein starres
Gehäuse, sondern eine flexible Alufolienverpackung. Die Stabilität des Akkus
wird hierbei durch Modul- und Gesamt-Akku-Gehäuse gewährleistet. Nissan nutzt
diese Technologie im Nissan Leaf.
  • Vorteile Lithium-Ionen Akku:
  1. Hohe Leistungs- und Energiedichte: Verglichen mit anderen Akkutypen verfügt der Lithium-Ionen-Akku über eine hohe Dichte.
  2. Kein Memoryeffekt: Lithium-Ionen-Akkus lassen sich aus jedem Ladezustand nachladen. Dies hat auch jedoch keine negativen Auswirkungen auf die Leistung im weiteren Verlauf.
  3. Geringe Selbstentladung: Lithium-Ionen-Akkus verlieren pro Monat nur ca. 10% durch Selbstentladung.
  4. Hoher Wirkungsgrad: Durch den geringen Innenwiderstand innerhalb des Akkus weist der Lithium-Ionen-Akku einen hohen Wirkungsgrad auf.
  • Nachteile Lithium-Ionen Akku:
  1. Zahl der Ladezyklen begrenzt: Die Anzahl der Ladezyklen ist auf 500-1000 begrenzt
  2. Zusätzlicher Energiebedarf zum Regeln der Arbeitstemperatur: Der Akku hat eine Betriebstemperatur von -20°-60° und eine optimale Arbeitstemperatur von 18°-25°. Daher muss der Akku im Auto klimatisiert werden, was einen zusätzlichen Energiebedarf darstellt.
  3. Begrenzter Ladestrom: Dies führt zu einer langen Ladedauer. Mit hohem Aufwand lassen sich Ladedauern von 0,5 Stunden erreichen. Weiterentwicklungen sind in diesem Bereich jedoch zu erwarten.
  4. Keine Überladung
  5. Nicht tiefentladen: Tiefenentladung führt zu der Zerstörung des Akkus, daher müssen diese über Schutzmechanismen davor bewahrt werden. Um Kurzschlüsse zu vermieden müssen die Akkus zusätzlich vor mechanischer Beschädigung geschützt werden.
  6. Große Energiedichte im Vergleich zu anderen Akkus, aber nicht zu Benzin/Diesel.

Zum Vergleich:

1 Kg Benzin 12 kWh
1 Kg Lithium-Ionen 0,13 kWh

 

Nickel-Metallhydrid-Akku (NiMH)

Der NiMH-Akku besteht aus der positiven Elektrode (Anode) Nickelhydroxid und der Kathode aus Metallhydrid.

Vorteile Nickel-Metallhydrid-Akku:

  • Geringe Herstellungskosten
  • Weniger feuergefährlich
  • Simplere und günstigere Kontroll- und Kühlungssysteme
  • Einfachere Sicherung gegen Crashs
  • Kein giftiges Cadium wie in verwandter Nickel-Cadmium-Akku
  • Höhere Energiedichte als in Nickel-Cd
  • Geringe Selbstentladung
  • Mehr Nutzung der Kapazität als Lithium-Ionen

 

Nachteile Nickel-Metallhydrid-Akku:

  • Geringere Speicherkapazität
  • Empfindlich gegenüber Überladung, Überhitzung, falsche Polung, Tiefentladung
  • Temperaturempfindlich: nahe 0°C Leistungseinbrüche, bei -20°C unbrauchbar (keine Zerstörung der Zelle)
  • Batterieträgheitseffekt

Verwendet wird dieser Akku-Typ im Toyota Prius. Es werden 228 in Reihe geschaltete 6,5 Ah-Zellen genutzt, die eine Gesamtspannung von über 200V erreichen. Damit wird ein 60-kW-Elektromotor versorgt.

 

Verschwendung von Akkukapazität für Heizung und Klimaanlage

Ausgehend von der Normreichweite, die erreicht werden soll, wird diese nicht erreicht. Dafür gibt es verschiedene Verbraucher und Gründe. Den größten Einfluss auf die Reichweite ist eine hohe Geschwindigkeit. Doch befinden sich im Auto viele Zusatzverbraucher. Daher das es keine nutzbare Abwärme gibt, muss der gesamte Heizbedarf aus dem Akku entnommen werden. Wird die Klimaanlage genutzt, wird auch auf Energie des Akkus zurückgegriffen. [40]

Wichtig ist laut ADAC die Effizienz der Klimaanlage und die Klimatisierung des Akkus. Ist diese gut konstruiert und eingebaut, wird weniger Energie für das Thermomanagement benötigt. [39]

Bei einem Test des ADAC fand man heraus, dass Elektroautos im Schnitt 13% Reichweite verlieren, wenn die Klimaanlage genutzt wird. Getestet wurden vier Autos, wobei zwei Fahrzeuge weniger als 10% Einbußen hinnehmen mussten, das schlechteste Ergebnis wurde mit 25% Verlust der Reichweite erzielt. [39]

Der größte Zusatzverbraucher:

Heizung (bis 4,5 kW)

Der Verbrauch der Heizung beträgt zwischen 3,0 – 4,5 kW. Kurzstreckenfahrten mit ausgekühltem Innenraum erhöhen den Verbrauch um bis zu 25%.

Beispiel Leaf: Erst werden 4,5 kW verbraucht, bis die gewünschte Temperatur erreicht wird. Danach senkt sich der Verbrauch um 1,5 – 2,0 kW. Die Reichweite verringert sich bei 100 km auf 88 km, was eine geringere Reichweite von 12% ausmacht. [41]

Ähnlich der Heizung:

Klimaanlage (1,5 kW)

Der Verbrauch ist im Vergleich zur Heizung geringer, wirkt sich jedoch auch unmittelbar auf die Reichweite aus, da der Energiebedarf aus der Batterie entnommen wird. [41]

Weitere Verbraucher [41]:

  • Sitzheizung (0,3 kW)
  • Heckscheiben-Heizung (0,3 kW)
  • Innenraum-Lüfter (0,1 – 0,4 kW)
  • Scheibenwischer (0,15 kW)
  • Scheinwerfer (0,15 kW)
  • Navigationssystem (0,1 kW)
  • Radio (0,1 kW)
  • Außenspiegel (0,1 kW)
  • Nebelscheinwerfer (0,1 kW)
  • Nebelschlussleuchte (0,04 kW)
  • Elektrische Fensterheber (0,1 kW)

 

Folienheizung

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung in Stuttgart haben eine Folienheizung entwickelt. Die dünne Folie soll das Auto gleichmäßig beheizen und vor allem bei kalten Winterfahrten im Elektroauto helfen.

Die entwickelte Folie ist mir leitfähigen Kohlenstoffnanorähren (CNTs) beschichtet. Diese Beschichtung wird auf die Folie gesprüht und anschließend beispielsweise auf die innere Türverkleidung geklebt. Von dort aus soll dann die Wärme verbreitet werden, dies geschieht gleichmäßig.

Die schnelle Reaktionszeit dieser Technologie ist ideal für die Kurzstrecke. Wichtig bei der Anbringung ist die Gleichmäßigkeit der Folie. Ein punktueller Defekt beeinträchtigt die Funktion nicht.

Die Wissenschaftler arbeiten nun daran, dass die CNT direkt auf die Autoteile gesprüht werden kann und damit eine Folie nicht mehr nötig wäre. [41]

Die Vorteile der Folienheizung im Überblick:

  • Wenig Raumbedarf
  • Flexibel
  • Energie- und Kosteneinsparung durch weniger Gewicht
  • Schnelle Reaktionszeit
  • Punktuelle Defekte wirken sich nicht auf Funktionsfähigkeit aus

 

3. Kaufkriterien

Die Frage bei der Anschaffung eines Elektroautos, vielmehr dem Akku eines Elektroautos, lautet:

Kaufen oder Leasen?

Der Akku ist der Risikofaktor im Elektroauto. Fällt dieser aus, ist ein wirtschaftlicher Totalschaden nicht auszuschließen. Potenzielle Kunden reagieren darauf verunsichert. Daher ist es sinnvoll, sich mit der Frage auseinander zusetzen, ob ein Akku gekauft oder beim Hersteller geleast wird. Einige Hersteller bieten beide Optionen an (z.B. Nissan), Renault beispielsweise bietet diese Option nicht an. Hier muss monatlich eine Rate gezahlt werden, zusätzlich zum Kaufpreis des Fahrzeuges, abhängig von der Kilometerleistung. [14]

Kauf

Beim Kauf eines Fahrzeugakkus hat man zuerst einmal einen deutlich höheren Anschaffungspreis. Die Folgekosten fallen jedoch niedrig aus. Meist gibt der Hersteller eine Garantie auf eine festgelegte Lebensdauer oder eine bestimmte Anzahl Kilometer. Der Akku geht in das Eigentum des Besitzers. Die Batterie kann bis zum Ende des Lebenszyklus genutzt werden. Dies kann unter Umständen die Mietdauer des Akkus übersteigen und dadurch die hohen Anschaffungskosten wieder bezahlt machen. [1]

Miete

Bei der Miete einer Batterie wird ein monatlicher Betrag erhoben. Der Akkumulator geht nach Ende der Laufzeit nicht in das Eigentum des Käufers. Dadurch hat der Mieter jedoch keinen Anspruch auf den Akku im Falle einer Insolvenz des Herstellers, da der Akku in die Insolvenzmasse geht. Fällt die Batterie aus oder erleidet einen Defekt sorgt der Hersteller für einen Ersatz, dieser ist im Preis inbegriffen. [1]

Nissan bietet beim LEAF die Variante des Kaufes und der Miete des Akkus an. Dazu folgende Beispielrechnung (alle Preise von Nissan [18]):

Bei jedem dieser Modelle ergibt sich eine Differenz von 5900€. Diese Summe stellt die Kaufsumme des Akkus dar.

Nissan staffelt die Preise der monatlichen Miete nach Laufzeit (12 Monate, 24 Monate und ab 36 Monate) und nach der Zahl der Fahrleistung (12.500 km, 15.000 km, 17.500 km, 20.000 km, 25.000 km). Zur Beispielrechnungen werden ab 36 Monaten und 12 Monate und jeweils 12.500 km und 25.000 km heran gezogen.

Allgemein kann man zusammenfassen, dass sich die Miete vor allem für Fahrer mit wenig Kilometerleistung pro Jahr lohnt. Die Ersparnis ist vor allem bei einer kurzen Leihdauer sehr hoch, jedoch ist ein Auto meist eine Anschaffung, die für eine längere Zeit vorhalten soll. So sollte für die meisten Kunden eine tatsächlich eine Anschaffung von 36 Monaten und mehr interessant sein. Bei einer geringen Laufleistung ist die Ersparnis am größten mit 3056€, jedoch sparen auch Vielfahrer noch 1508€.

Die Vergleichsrechnung, Kalkulation und Kaufentscheidung wird sich nochmal ändern, wenn das Thema Recycling eine größere Rolle spielen wird. So könnten ausrangierte Akkus als Second Life-Stromspeicher genutzt werden. Akkus, die nicht mehr für den Gebrauch im Fahrzeug ausreichen, könnten durch eine Weiterverwendung oder Verkauf einen weiteren Wert oder Summe generieren, die beispielsweise die Ersparnissumme bei einem Fahrer mit hoher Kilometerleistung übersteigt. Dies ist jedoch im Einzelfall zu berechnen und weitere Schritte und Trends in der Entwicklung dieser Thematik sind abzuwarten. [Vgl. 1, 17]

 

Preismodell Renault

Fahrzeugtyp Kangoo Zero Emission
Kaufpreis 23.800€
Mtl. Rate für den Akku 85,68€
Bedingungen 48 Monate/ bei jährlicher Laufleistung von 15.000 KM
[14]

Vergleichsrechnung

Kangoo Benzin 14815,50€
Kangoo Elektro 23800€

 

Der elektrische betriebene Kangoo ist im Vergleich zum Benziner rund 9000€ teurer. Dies ist aber nur die Betrachtung des Kaufpreises. Die monatlichen Raten für die Miete des Akkus sind nicht einberechnet. Die Kosten für den Akku summieren sich auf:

48 (Monate) á 84,68€ = 4112,64€

Der elektrische betriebene Kangoo ist nun rund 13097€ teurer. [14]

 

4. Pflege und Wartung

Allgemein kann man sagen, dass Elektroautos pflegeleichter und weniger anfällig für eine Reparatur sind, daher ist die Wartung relativ simpel.

Wichtigster Bestandteil des Autos ist der Akku. Sollte diese Defekt gehen, ist ein wirtschaftlicher Totalschaden nicht auszuschließen.

Allgemeine Tipps zur Akkupflege [20]:

Vermeidung hoher Lage- und Betriebstemperaturen: Ein Akku sollte nicht in zu hohen Temperaturen betrieben oder gelagert werden, damit er nicht thermisch zerstört wird.

  • Vermeidung hoher Lade- und Entladeströme: Wird überwacht durch das BMS.
  • Keine Aufbewahrung im entladenen Zustand: Sollte es bei einem Elektroauto vorkommen, dass es über längere Zeit nicht genutzt wird, sollte dieses nicht im entladenen Zustand stehen gelassen werden.

Beim Laden und Entladen ist eine technische Überwachung nötig. Ein Akku darf nicht überladen werden. Um die Sicherheit zu gewährleisten sind Akkus mit Schutzvorrichtungen zum Schutz der Zellen versehen. Entsteht innerhalb der Batterie ein zu hoher Druck wird der Stromkreis unterbrochen. [19]

Diese und weitere Aufgaben sind Aufgaben, die ein Batterie-Management-System übernimmt.

 

Batterie-Management-System (BMS)

Um die Leistung eines Akkus möglichst lange zu erhalten ist die Pflege und Wartung unerlässlich. Viele Aufgaben übernimmt dabei ein BMS [10]:

  • Ladekontrolle
  • Zellschutz
  • Lastmanagement
  • Bestimmung des Ladezustandes
  • Ausbalancieren der Zellen
  • Kommunikation, Historie
  • Thermomanagement

 

Das BMS überwacht den Ladevorgang, damit die Ladeschlussspannung nicht überschritten wird. Das gleiche Prinzip greift auch beim Entladen. Der Akku wird jedoch nicht als Gesamtakku gesteuert, damit nicht die leistungsärmste Zelle das Verhalten des gesamten Akkus diktiert. Jede Zelle einzeln wird einzeln gesteuert, verbunden wird jede Zelle mit dem System dann über ein Bussystem. Das BMS steuert auch die Temperatur des Akkus, da zu kalte und zu warme Temperaturen die Leistung und Lebensdauer beeinträchtigen. Auch die Sicherheitsüberwachung mit den beschriebenen Mechanismen zur Abschaltung bei kritischen Zustand übernimmt das BMS. [10]

Die Bremsbeläge werden beim Elektroauto weitaus weniger belastet als beim Auto mit Verbrennungsmotor. Keine Unterschiede gibt es bei der Überprüfung der Lenkung und Reifen, die genauso behandelt werden, bei beiden Fahrzeugtypen.

Elektroautos sollte nur in Werkstätten gebracht werden, die geschultes und geeignetes Personal stellen können. Wichtig bei der Wartung: Stromzufuhr abschalten! [6]

Dadurch dass die Wartung bei Elektroautos gegenüber den Autos mit Verbrennungsmotor viel einfacher ist und weniger Defekte auftreten können, sind die Wartungskosten geringer.

Beispiel Wartungskosten Nissan Leaf [6]:

  • Kleine Inspektion nach einem Jahr: 84€
  • Große Inspektion nach zwei Jahren: 146€

Die Wartungskosten sind laut IFA rund 35% geringer als bei Autos mit Verbrennungsmotoren. [7]

 

5. Forschung und Entwicklung

Für die Weiterentwicklung von Akkus für Elektrofahrzeuge gibt es drei Ziele [10]:

  • Senkung der Kosten
  • Steigerung der Energiedichte
  • Erhöhung der Anzahl der Ladezyklen

2014 lagen die Kosten pro kWh bei ca. 500€. Um diese Kosten zu senken werden vor allem folgende Maßnahmen ergriffen [10}:

  • Standardisierung
  • Optimierung der Fertigungsmethoden
  • Steigende Stückzahlen
  • Materialentwicklung

 

Nach einer McKinsey-Studie ist es möglich, die Systemkosten für einen gesamten Antriebsakku bis 2025 auf etwa ein Viertel der derzeitigen Kosten zu senken. [10}

Ein Schritt um diese Ziele zu erreichen ist die Gigafactory von Tesla. Die Gigafactory soll 2017 mit der Produktion starten und bis 2020 ihre volle Kapazität auslasten. Durch eine optimierte Fertigung soll eine Kostenreduzierung von 30% erreicht werden. Ein weiterer Kostenvorteil wird durch die steigenden Stückzahlen erreicht. Laut eigenen Angaben wird die Gigafactory mit erneuerbaren Energien betrieben, womit eine Energiebilanz von Null realisiert werden soll. [9]

Auch VW zieht mittlerweile in Erwägung, eine eigene Batteriefabrik zu bauen. Ein möglicher Standort ist Salzgitter, die Kosten könnten bis zu 10 Milliarden Euro betragen. VW verspricht sich davon, nicht mehr weiter abhängig von asiatischen Zulieferern zu sein. Der Bau einer solchen Fabrik könnte helfen, das selbst gesteckte Ziel bis 2018 Marktführer in der Elektromobilität zu werden, zu erreichen. [30]

 

Verbesserung Lithium-Ionen

In der Materialentwicklung geht es vornehmlich um die Steigerung der Energiedichte. Li-Ionen-Akkus sollen durch Verwendung von innovativen Materialien verbessert werden:

  • Silizium für Graphit als Anode
  • Graphen, welche eine Modifikation des Kohlenstoffs mit zweidimensionaler Struktur ist [10]

Neben der Weiterentwicklung des Lithium-Ionen-Akkus sind auch die Weiterentwicklung älterer Batteriearten oder der Entwicklung völlig neuartiger Technologien.

 

Weiterentwicklung Nickel-Metallhydrid-Akku (NiMH)

Aktuell forscht BASF an einer Weiterentwicklung des Akkus. Dieser möchte vor allem bei der Speicherkapazität ansetzen. Dies soll durch Tests und die Verwendung neuer Materialien und Strukturen erreicht werden. Weiterhin sollen die Akkus leichter und leistungsfähiger werden. Ziel der Entwicklung soll eine Speicherkapazität von 140 Wattstunden pro Kg, dies ist zwar etwa um die Hälfte weniger als bei Lithium-Ionen-Akkus, jedoch können diese weniger Nutzen. Ein weiteres Ziel der Entwicklung ist die Kostensenkung. So soll ein Preis von 134€ pro kWh erreicht werden. Im Vergleich zur Lithium-Ionen-Technologie, bei der der Preis bei etwa 200€ pro kWh liegt, wäre dies deutlich weniger. [15]

 

Neuwentwicklung Lithium-

Ein weiterer Akku-Typ, der jedoch noch nicht kommerziell nutzbar für die Elektromobilität ist, sind Lithium-Luft-Batterien. Theoretisch kann mit Lithium-Luft eine hohe spezifische Energie erreicht werden, nämlich ungefähr 10-20-fach höher als bei Lithium-Ionen. Aus diesem Grund wird dieser Typ auch weiter erforscht, jedoch nur in der Forschung ohne praktischen Bezug oder Einsatz. [11]

 

Die wesentlichen Merkmale der Lithium-Luft-Batterien sind:

  • Theoretisch höhere spezifische Energie als Lithium-Ionen
  • Wirkungsgrad: über 90%
  • 2000 Ladezyklen (Im Vergleich Lithium-Ion: ca. 1000 Ladezyklen)
  • Gleiche Reichweite wie Benzinauto
  • leichter als Lithium-Ionen, da kein schweres Metall mitgeführt werden muss [32]

Bei der Nutzung, vor allem aber auch der Entwicklung dieses Akkutypen gibt es jedoch eine Reihe von Problemen:

  • Verstopfung der Elektroden
  • Mangelndes Verständnis der Wirkungen Porengröße und Verteilung im Kohlenstoff
  • Beeinträchtigung der galvanischen Zelle durch Umgebungsluft
  • Ungewolltes Kristallwachstum
  • Schnelle Alterung durch unerwünschte Nebenreaktionen
[Vgl. 11, 13]

Doch wie funktioniert der Lithium-Luft-Akku? Von einer Lithium-Anode bewegen sich die Lithium-Ionen durch eine Elektrolytlösung zur Kathode. Der wesentliche Unterschied zum Lithium-Ionen-Akku besteht darin, dass das Lithium dann mit Sauerstoff reagiert und so zu einem festen Oxid wird. [13]

Bei der Entladung wird an der Kathode, die aus metallischem Lithium besteht, über den Elektrolyt an die Anode abgegeben, das Elektron gelangt über den äußeren Leiter dorthin. Dies geschieht durch die Abgabe eines Elektrons aus positivem Lithiumion. Trifft das Lithiumion dann auf Sauerstoff wird dieser reduziert, es entstehen zwei Nebenprodukte: Lithiumperoxid und anschließend Lithiumoxid. [13]

Bei der Ladung kehrt sich dieser Vorgang um: An der Anode wird Sauerstoff abgegeben, an der Kathode wird metallisches Lithium abgeschieden. [13]

Zuletzt haben Forscher der Universität Cambridge große Fortschritte in der Entwicklung eines leistungsfähigen Akkus erreicht. Die wesentlichen Veränderungen, die sie vornahmen, betreffen die Elektrolyten und die Struktur der Kathoden. Durch Zugabe von Lithiumoxid statt Lithiumperoxid zur Elektrolytlösung ist es möglich, besser mit der Feuchtigkeit der Luft zurecht zu kommen. Lithium-Luft-Akkumulatoren funktionieren bisher nur mit reinem Sauerstoff und nicht mit Luft. [11]

Trotz der vielversprechenden Fortschritte gehen die Forscher der Universität Cambridge davon aus, dass der Akku in frühestens zehn Jahren kommerziell verfügbar sein wird. [11]

Es gibt jedoch auch überaus kritische Stimmen. So vermisst Lorenzo Grande vom Helmholtz-Institut Aussagen über die aus Lithium bestehende Anode. Lithium ist ein äußerst reaktionsfreudiger Stoff. Außerdem sei die Größe der Versuchsbatterie sehr klein und bei einer Veränderung der Größe der Batterie könnten Schwierigkeiten auftreten. [11]

Noch deutlicher wird Batteriematerialforscher M. Stanley Whittingham, der in Zukunft keinen Einsatz von Lithium-Luft-Akkumulatoren in Elektrofahrzeugen. [12] Viele Forscher sehen die Technologie als gänzlich hoffnungslosen Fall an. [12] Der Materialforscher George Crabtree warnt vor dem zusätzlichen Aufwand aufgrund neuer Technologien, die die Luft reinigen und speichern, was zusätzlichen Platz kostet. [13] Weiterhin behauptet er, dass Lithium-Luft-Batterien in der Praxis niemals die zehnfache Energiedichte von Lithium-Ionen-Akkus erreichen werden. [13]

 

Redox-Flow-Batterien / Flusszellenbatterie

Redox-Flow-Batterien sind eine Speichertechnologie, die die elektrische Energie in flüssiger Form in Tanks speichert und bei Nutzung daraus wieder Strom erzeugt. Diese Stromspeicher werden als Speicher für Wind- und Solarstrom genutzt, wenn dieser grad nicht benötigt wird. Der Speicher wird jedoch auch für die Elektromobilität zunehmend interessanter.

Redox-Flow-Batterien sind äußerst robust und bestehen aus Nasszellen. Diese machen es möglich, die Flüssigkeiten austauschen. Dadurch wäre ein ähnlicher Tankvorgang wie beim Tanken eines mit benzin-betriebenen Autos möglich.

Die Batterien dieses Typs bestehen aus einer Reaktionskammer und zwei Tanks mit jeweils unterschiedlichen Flüssigkeiten. Beim Aufladen wandern Elektronen von einer zu anderen Flüssigkeit, beim Entladen dann in entgegen gesetzter Richtung. Die Speicherkapazität der Redox-Flow hängt ausschließlich von der Größe des externen Tanks ab. Herkömmlich werden Salze auf Basis von teuren Metallen wie Vanadium als Elektrolyt genutzt.

Forscher der Harvard-Ingenieurschule in Massachusetts haben ein jedoch ein anderes Elektrolyt entwickelt: Sie nutzen eine Flüssigkeit aus organischen Materialien. Bei dieser Entwicklung sind die Teilchen einfach in normalen Wasser aufgelöst. Die Stoffe sind weder brennbar noch giftig, was bei den Redox-Flow-Batterien lange ein Risiko darstellte. Die genutzten Werkstoffe sind preisgünstig und in beliebigen Mengen verfügbar. [22]

Für die Nutzung im PKW ist diese Akkutechnologie noch untauglich. Um den Energiegehalt von 1 Liter Benzin zu erreichen, benötige man 100 Liter Elektrolyt. Um brauchbare Reichweiten zu erzielen müsste jedes Auto einen Tankanhänger hinterher ziehen. [23]

 

 

Aluminium-Luft-Batterie

Die Firma Phinergy aus Israel entwickelt die Aluminium-Luft-Batterie. Die Anode besteht aus Aluminium und ist die Energiequelle. Bei der Gewinnung der elektrischen Energie geht das  Aluminium in Lösung. Das Elektrolyt besteht aus Wasser und Natrium- oder Kaliumhydroxid.

1 Kg Aluminium erzeugt theoretisch 8 kWh Strom. In der Praxis werden derzeit 4 kWh erreicht, der Rest wird durch Wärme freigesetzt. Phinergy’s Bausatz inklusive aller Bauteile, Elektrolyt und Gehäuse erreicht eine Kapazität von 0,3 kWh elektrischer Energie pro Kg.

Damit ist die spezifische Energie schon etwa dreimal höher als die bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus. Weitere Verbesserung soll durch die Verringerung der Elektrolytmenge erreicht werden, sodass 1 kWh je 1 Kg erreicht werden.

Nach einer bestimmten Anzahl gefahrener Kilometer sind die Elektrolyten gesättigt. Dann wird das verbrauchte, alte Wasser mit neuem Wasser ausgetauscht und schon kann weitergefahren werden.

Ab einem bestimmten Zeitpunkt, der Hersteller gibt in etwa ein Jahr an, ist die Aluminium-Elektrode erschöpft. Diese muss dann ausgetauscht werden, dieser Wechsel könnte beispielsweise einmal jährlich im Rahmen einer Inspektion geschehen. [26]

 

Nickel-Cadmium

Nickel-Cadmium-Akkus bilden einen guten Kompromiss aus spezifischer Energie, Leistung, Lebensdauer und Sicherheit. Sie haben eine Reihe von Vorteilen: Sie sind technisch ausgereift, haben eine Lebensdauer von 1000-2000 Zyklen und sind schnellladefähig. Außerdem sind sie in einem breiten Temperaturbereich nutzbar. Der große Nachteil dieses Typs sind jedoch die möglichen Auswirkungen auf die Umwelt im Falle einer Zerstörung. Gemessen an der spezifischen Energie von 50 Wh (Vergleich: Lithium-Ionen 110-160 Wh) ist die spezifische Energie nicht hoch genug und haben dazu vergleichsweise hohe Kosten. [36]

Nickel-Cadmium Akkus sind von einem EU-weitem Verbot betroffen. 2006 wurde eine Richtlinie der EU ausgeben, 2009 wurde diese hier in Deutschland in nationales Recht umgesetzt (Batteriegesetz BattG). Seitdem ist die Nutzung nur noch in Not-/ und Alarmsystem, Notbeleuchtungen, medizinischer Ausrüstung und kabellosen Elektrowerkzeugen zulässig. [36]

 

Lithium-Schwefel

Lithium-Schwefel gilt als legitimer Nachfolger für den Lithium-Ionen Akkumulator. Sie verspricht eine höhere Energiedichte als der Lithium-Ionen Akku (350 Wh/Kg zu 200 Wh/Kg theoretisch und 150-200 Wh/kg real). Weiterentwicklungen des Lithium-Schwefel Akkus auf eine Energiedichte von 400-600 Wh/kg sind durchaus denkbar. Bis zur Nutzung im Elektrofahrzeug vergehen aber noch mindestens 4-8 Jahre. [35]

Vorteile:

  • Batterien mit gleichem Energiegehalt und Volumen bei deutlich reduziertem Gewicht
  • günstiger als Lithium-Ionen
  • hohe Energiedichte
  • Recyclingverfahren vermutlich simpel (Entwicklung steht noch aus)
  • Sicherheitstechniken einfach (Entwicklung steht noch aus)

Nachteile:

  • Zyklenstabilität: Bisher nur etwa 50 stabile Lade-/ und Entladezyklen

 

Magnesium-Ion

Magnesium-Ionen-Batterien sollen die Lithium-Ionen ablösen. Magnesium hat eine wesentlich höhere Verfügbarkeit als Lithium. Das wichtigste Merkmal der Magnesium-Ionen-Akkumulatoren ist aber das doppelte Speichervolumen im Vergleich zu Lithium-Ionen. Erreicht wird diese Steigerung durch Verbesserung an Anode und Kathode. [38]

An dieser Technologie arbeitet die Pellion Technologies. Dies ist ein Start-Up, welches von einem Team aus Forschern des MIT gegründet wurde. Motorola hat eine nicht bekannte Summe in dieses Unternehmen investiert.

Pellion hat das Ziel, Magnesium-Ionen-Batterien zu kommerzialisieren und Lithium-Ionen-Batterien überflüssig zu machen. Sie sagen, dass dieser Akku das Doppelte an Energie im Vergleich zu Lithium-Ionen speichern kann in einem vergleichbaren Gewicht und Volumen.

Die Batterie wird in mobilen, kabellosen und robotischen Geräten getestet. [37]

Vorteile:

  • hohe Speicherdichte
  • guter Wirkungsgrad
  • lange Lebensdauer
  • höhere Verfügbarkeit
  • stabiler als Lithium-Ionen

Nachteile:

  • technisch noch nicht ausgereift
  • noch nicht marktfähig

 

Lithium-Eisenphosphat

Der Lithium-Eisenphosphat-Akku ist eine weitere Ausführung des Lithium-Ionen-Akkus. Der Akku besticht durch eine hohe Sicherheit, eine lange Lebensdauer und seine Umwelt- und Recyclingfreundlichkeit. Der große Nachteil dieses Akkutypen ist seine geringe Energiedichte. Dieser Akku wird für die Elektromobilität nur von BYD verwendet, in ihrem Modell e6 oder den firmeneigenen Modellen der Elektrobusse.

 

Zufällige Entdeckung: Akku mit PMMA

Zuletzt haben Forscher der University of California einen Weg gefunden, Akkus deutlich haltbarer zu machen. Die Entdeckung wurde zufällig gemacht, der Akku hält nach ihren eigenen Angaben bis zu 200.000 Ladezyklen. Der Akku besteht aus Goldnanodrähten, Mangan(IV)-Oxid und einem Gel namens Polymethylmethacrylat, kurz PMMA. Die Kapazität soll nur um etwa 5-6% sinken. Der Akku besteht nicht wie üblich aus jeweils einer Kathode und einer Anode, sondern zwei Kathoden. Das PMMA soll die beim wiederholten Aufladen auftretende Korrosion der Drähte reduzieren. Das Team der Universität möchte nun erste Akkus mit dieser Technik fertigen, durch die Gold-Nanodrähte ist diese Art von Akku sehr teuer. Wird ein äquivalentes Ersatzmaterial gefunden, könnten die Fertigungskosten drastisch reduziert werden. Bis diese Technik aber ausgereift oder gar für den Einsatz in Elektrofahrzeugen tauglich ist wird noch einige Zeit vergehen. [21]

 

Die Nachfrage für Lithium ist momentan sehr hoch und steigt weiter. Seit 2000 steigt die Nachfrage im Schnitt um 20% pro Jahr. Deshalb verbuchte der Preis von Lithium auch eine immense Steigerung: Kostete eine Tonne Lithium 2004 noch etwa 2000$, liegt der Preis derzeit bei etwa 6000$. Doch Lithium ist nicht gleich Lithium: Der Preis für eine Tonne Lithium-Carbonat liegt etwa bei 6000$. Wird jedoch bei neuen Technologien, wie etwa bei Tesla, Lithium-Hydroxid genutzt zahlt man mit 8000$ pro Tonne 2000$ mehr. [34]

Lithium macht im Lithium-Ionen-Akku nur einen Anteil von etwa 3% aus. Ein Smartphone enthält etwa 2 Gramm Lithium, ein Elektroauto 28.000 Gramm. Bei einem Energiespeicher mit einer Kapazität von 1 MW sind es 700.000 Gramm Lithium. [34] Der steigende Rohstoffpreis für Lithium macht die Akkus für Elektrofahrzeuge jedoch nicht unrentabel. Der Markt für Akkus auf Lithium-Basis expandiert also weiter. [16]

Werden jedoch erstmal Millionen elektrisch betriebene Fahrzeuge hergestellt, wird es auch ein neues Rohstoffproblem geben. Die Nachfrage nach Lithium-Ionen Akkus ist nicht nur in der Elektromobilität groß: Seit Jahren werden diese Art von Akkus beispielsweise in Smartphones und Laptops verwendet. Aber auch die Luftfahrtindustrie möchte vermehrt auf Akkus für den Start der Triebwerke oder die Notstromversorgung setzen. Doch können Lithium-Ionen-Akkus in ausreichenden Stückzahlen produziert werden? [16]

Lithium-Vorkommen auf der Erde ist ausreichend, so tritt Lithium dreimal so viel auf wie Blei. Diese sind jedoch gleichmäßig verteilt, es gibt nur sehr wenige Standorte mit hohem Lithium-Aufkommen. [16]

Das französische Forschungsunternehmen MIR hat in ihren Veröffentlichungen „The Trouble with Lithium“ schon 2007 und 2008 vor der drohenden Knappheit von Lithium gewarnt. Die globalen Reserven an Lithium werden von MIR mit 58 Millionen Tonnen angegeben, wirklich abbaubar sind jedoch nur 35 Millionen. Der Bedarf wird auf 1 Million im Jahr steigen und es werden etwa 3% der Reserven jährlich verbraucht. Das bedeutet: in etwa 30 Jahren sind die förderbaren Reserven aufgebraucht. [16]

Daher kann und muss das Recycling von alten Lithium-Akkus ein Thema werden.

„Second Life“:

Verliert ein Lithium-Ionen-Akku seine Kapazität und leistet, je nach Hersteller, nur noch 70-80% seiner ursprünglichen Leistung, so gilt er als verschlissen. Diese Problematik ist jedem Nutzer eines Smartphones bekannt. Da Lithium-Ionen-Akkus in der Elektromobilität jedoch in einer viel größeren Ausführung genutzt werden, können sie auch weiterverwendet werden, jedoch in einem anderen Aufgabenfeld, beispielsweise als stationäre Zwischenspeicher im Haus, um damit erzeugten Strom aus Photovoltaik zu speichern. Der VDE (Verband der Elektrotechnik) geht davon aus, dass die Lebensdauer der Akkus so auf 20 Jahre und mehr steigt. [17]

Irgendwann ist jedoch auch der gesamte Zyklus und die Lebensdauer eines Akkus erschöpft. Dann gilt es, die verwendeten Rohstoffe in großen Teilen wieder zu verwenden.

Das eigentliche Recycling

Beim Recycling eines Lithium-Ionen-Akkus ist nicht die Rückgewinnung des Lithium wichtig. Lithium ist vergleichsweise günstig, da nur ein kleiner Teil des Akkus, wie oben beschrieben, aus Lithium besteht. Viel wichtiger, ob aus Rohstoffsicht oder der Betrachtung der Kosten, ist die Rückgewinnung von Metallen wie Kobalt, Kupfer und Nickel. Die einzelnen Materialien werden bei großer Hitze getrennt, so praktiziert es beispielsweise die Firma Umicore aus Belgien. Bei diesem Verfahren bleibt weniger als 1% an Rückständen des Akkus über. [17]

Lithium in seiner reinen Form zu recyceln wäre technisch durchaus möglich, jedoch nur mit hohen Kosten verbunden. Lithium wird beispielsweise in der Betonindustrie zu neuem Einsatz verwendet. [17] Für ein wirkliches Recycling von Lithium, welches finanziell lukrativer ist, werden noch weitere Schritte in der Entwicklung nötig sein.

Fakt ist: der komplette globale Automobilbestand von 1,3 Milliarden Fahrzeugen kann nicht komplett elektrisch betrieben werden. [17]

6. Die wichtigsten Hersteller auf einen Blick

 Bei der Herstellung eines Fahrzeugakkus kann man grundsätzlich in die Herstellung der Basiszelle und dem Zusammenbau zum Gesamt-Fahrzeugakku unterscheiden. [10] Die wichtigsten Hersteller für Akkus sind:

  • AESC (Pouch-Zellen in Nissan Leaf)
  • Samsung SDI (Zellen in BMW i3)
  • LG Chem (Nutzung in GM und Audi)
  • BYD (im Daimler-BYD JV-Fahrzeug Denza)
  • Panasonic (Basiszellen mit Verwendung im Tesla Model S)
  • Tesla (mit der Gigafactory in Kooperation mit Panasonic)

 

7. Glossar

 

Memoryeffekt: Bei Teilentladung oder einer häufiger Teilentladung entsteht innerhalb des Akkus ein Kapazitätsverlust. Der Akku erinnert sich den Energiebedarf und stellt dann nur noch die bisher benötigte Energie zur Verfügung, auch wenn die Kapazität höher ist. Diese Problematik tritt vor allem bei NiCd-Akkus auf. Ursache dafür ist eine Kristallbildung innerhalb des Akkus. Bei Lithium-Ionen-Akkus tritt dieser Effekt nicht auf. [28]

Tiefentladung: Bei einer vollständigen Entladung des Akkus spricht man von einer Tiefentladung. Bei dieser Art der Entladung bilden sich Kristalle. Wird der Akku anschließend wieder aufgeladen, werden diese Kristalle nicht oder nicht vollständig aufgelöst. Dadurch sinkt die Leistung des Akkus.

Anode: Die positive, abgebende Elektrode einer Speicherzelle.

Kathode: Die negativ, aufnehmende Elektrode einer Speicherzelle.

Elektrolyt: Leitmittel oder Flüssigkeit im Akku, der für die Übertragung der Energie zuständig ist.

Selbstentladung: Ist der Verlust eines Akkus, der durch eine eigenständige Entladung, einer Entladung ohne Nutzung des Akkus, entsteht. Wird der Akku nur gelagert und nicht genutzt, verliert er trotzdem einen Teil der gespeicherten Leistung. Die Selbstentladungsrate wird in Prozent angeben, üblicherweise pro Monat oder Jahr.

Ladezyklen: Jeder Akku verfügt nur über eine bestimmte Anzahl Ladezyklen. Ein Ladezyklus ist ein kompletter Ladevorgang von 0% – 100%. Ein Ladezyklus muss aber nicht bei 0% beginnen, es zählen immer die einmal erreichten 100%. Beispielsweise kann ein Akku auch zweimal 50% geladen werden, dann ist ein voller Ladezyklus erreicht.

Energiedichte: Die Energiedichte beschreibt die Kapazität eines Akkus. Angegeben wird dieser Wert in Volumen/Kapazität pro Masse, bei Akkus typisch: Wh/Kg (Wattstunden pro Kilogramm). Gewünscht ist eine hohe Energiedichte, um mehr Leistung mit weniger Gewicht zu erreichen. [29]

Batterieträgheitseffekt: Der Batterieträgheitseffekt ist ein Problem, welcher oft bei NiMH-Akkumulatoren auftritt. Durch eine unvollständige Entladung vor dem Wiederaufladen des Akkus wird ein Abfall der gespeicherten Ladung herbeigeführt. Die Kapazität des Akkus wird nicht verringert, durch die niedrigere Spannung wird nur die abgegebene Leistung geringer. Der Batterieträgheitseffekt ist 10-mal geringer als der Memory-Effekt, dadurch ist der Effekt oft vernachlässigbar. [33]

Überladung: Überlädt man einen Akku, kann dies zur Zerstörung des Akkus führen. Bei modernen Akkus und Ladegeräten ist jedoch ein Überladungsschutz eingebaut, der dies verhindert und den Ladevorgang unterbricht.

 

 

QUELLEN:

[1] http://www.stromtankstellen.eu/elektroauto-akku-kaufen-mieten-leasen.html

[2] Linden, David; Reddy, Thomas B.: Handbook of Batteries — third edition. New York: The McGraw-Hill Companies, Inc., 2002. ISBN 0-07-135978-8

[3] http://www.elektroauto-news.net/wp-content/uploads/2011/05/elektroauto-batterien.jpg

[4] http://www.golem.de/news/elektroauto-die-brennstoffzelle-ist-nur-theoretisch-effizient-1512-117792.html

[5]Markus Lienkamp: Elektromobilität: Hype oder Revolution?, 2012, ISBN 3642285481

[6] http://www.t-online.de/ratgeber/auto/automobile/id_46241514/wie-werden-elektroautos-gewartet-.html

[7] http://www.zeit.de/mobilitaet/2014-03/elektroauto-preis-vergleich/seite-2

[8]Roland Berger, Global Vehicle LiB Market Study, Global Market, 2011

[9] https://www.teslamotors.com/de_DE/gigafactory

[10]Anton Karle: Elektromobilität: Grundlagen und Praxis, 2015, ISBN 978-3-446-44339-6

[11] http://www.welt.de/wissenschaft/article148208189/Wichtige-Fortschritte-auf-dem-Weg-zu-Superakku.html

[12] Richard van Noorden: The rechargeable revolution: A better battery. In: Nature. 507, 5. März 2014, S. 26–28

[13] http://www.tagesspiegel.de/wissen/batterien-fuer-elektro-autos-mit-luft-und-lithium-der-akku-der-zukunft/12526636.html

[14] http://www.zeit.de/auto/2011-05/vertriebsmodelle-elektroauto/komplettansicht?print

[15] http://www.welt.de/motor/news/article138229655/Akkus-fuer-Elektroautos.html

[16] http://www.focus.de/finanzen/boerse/elektroauto-boom-preis-verfuenffacht-um-diesen-rohstoff-reisst-sich-die-welt_id_5427728.html

[17] http://www.zeit.de/mobilitaet/2015-08/elektromobilitaet-batterie-recycling

[18] https://www.nissan.de/fahrzeuge/neuwagen/leaf/varianten-preise.html

[19] http://www.elektroauto-tipp.de/modules.php?name=Battpflege&file=pflege1

[20] Dieter Schulz: Akkus und Ladetechniken: Das Praxisbuch für alle Akkutypen, Ladegeräte und Ladeverfahren, 2014, ISBN-13: 978-3645652582

[21] http://www.handelsblatt.com/technik/it-internet/200-000-ladezyklen-neue-technik-macht-akkus-deutlich-langlebiger/13495850.html

[22] http://www.wiwo.de/technologie/green/tech/fluessiger-stromspeicher-erste-redox-flow-batterie-aus-organischen-materialien/13552924.html

[23] http://www.spiegel.de/auto/aktuell/neue-batterietechnik-unternehmen-verspricht-extreme-e-auto-reichweite-a-1018760.html

[24] Elektrochemische Speicher

[25] http://www.chemie.de/lexikon/Zink-Luft-Batterie.html

[26] http://www.welt.de/wissenschaft/article117549279/Dieses-Auto-wird-mit-Wasser-betankt.html?config=print

[27] https://de.wikipedia.org/wiki/Memory-Effekt_(Akkumulator)

[28] https://de.wikipedia.org/wiki/Memory-Effekt_(Akkumulator)

[29] http://www.chemie.de/lexikon/Energiedichte.html

[30] http://www.spiegel.de/wirtschaft/unternehmen/vw-erwaegt-bau-gigantischer-batteriefabrik-fuer-elektroautos-a-1094407.html

[31] http://www.energie-fakten.de/html/stromspeicherung.html

[32] http://www.chemie.de/news/146060/luftige-super-batterie-forschern-gelingt-weiterer-schritt-zur-lithium-luft-batterie.html

[33] http://www.chemie.de/lexikon/Batterietr%C3%A4gheitseffekt.html

[34] http://www.wallstreet-online.de/nachricht/7885734-lithium-boom-kalifornien-verbietet-verbrennungsmotoren

[35] http://www.elektroniknet.de/power/energiespeicher/artikel/105459/1/

[36] https://de.wikipedia.org/wiki/Nickel-Cadmium-Akkumulator

[37] https://chargedevs.com/newswire/motorola-invests-in-magnesium-ion-battery-startup-pellion/

[38] http://www.pelliontech.com/technology.htm

[39] http://www.golem.de/news/elektroauto-wie-viele-kilometer-kostet-die-klimaanlage-1206-92710.html

[40] http://e-auto.tv/reichweite-variablen-im-elektroauto.html

[41] http://www.iwr.de/news.php?id=29826

 

Abbildungen:

Abb 1: Anton Karle: Elektromobilität: Grundlagen und Praxis, 2015, ISBN 978-3-446-44339-6

Abb 2: Anton Karle: Elektromobilität: Grundlagen und Praxis, 2015, ISBN 978-3-446-44339-6

Abb 3: [10], Quelle VIAVISION

Abb 4: http://newenergyandfuel.com/wp-content/uploads/2014/03/Lithium-ion-Compared-to-Lithium-Air.jpg

Abb 5: http://www.spektrum.de/fm/912/thumbnails/poweringup.jpg.1410400.jpg

Abb 6: http://www.wallstreet-online.de/nachricht/7885734-lithium-boom-kalifornien-verbietet-verbrennungsmotoren

Abb 7: http://www.wallstreet-online.de/nachricht/7885734-lithium-boom-kalifornien-verbietet-verbrennungsmotoren

Abb 8: https://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2015/September/effiziente-heizung-fuer-elektroautos.html

Abb Rundzelle: https://www.akkuline.de/images/bild500/ncr18650pf-li-ion-zelle-2900mah_15230.jpg

Abb prismatische Zelle: http://shop.i-tecc.de/media/catalog/product/cache/1/image/42df62d03baf596461e6c5e803c09427/w/i/wina_50ah_neu-2.jpg

Abb Pouch-Zelle: http://g02.s.alicdn.com/kf/HTB1GCRgFVXXXXa9XXXXq6xXFXXXk/220385724/HTB1GCRgFVXXXXa9XXXXq6xXFXXXk.jpg