Politisch gewollte Elektromobilität löst die Akku-Probleme nicht

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Preiswerte Akkus hoher Kapazität lösen das Reichweitenproblem von E-Autos nicht. Häufige Schnellladung schadet den Akkus und reduziert die Lebensdauer

Je höher die Akkukapazitäten sind, desto teurer sind sie. Je öfter Schnellladung ihre Zellen malträtiert, desto kürzer wird ihre Lebensdauer und geringer ihre Energiedichte. Da keiner weiß, wie lange sie wirklich halten, müssen Fahrzeughalter mit hohen Kosten für Ersatzakkus rechnen.

Früher waren die Reichweiten von Fahrzeugen mit Benzin- oder Dieselmotor häufig ein Thema, denn noch vor wenigen Jahrzehnten waren Reichweitenprobleme bei Alltagsfahrzeugen keine Seltenheit. Nach DIN-Verbrauch rechnerisch ermittelt, wurden bei Mittelklassewagen beispielsweise Reichweiten von 500 km bei einem Tankvolumen von 55 l angegeben. Doch viele Motoren waren noch richtige Schluckspechte, die insbesondere bei Überlandfahrten auf der Landstraße oder Vollgas auf der Autobahn wesentlich mehr als die angegebene Literzahl pro 100 km verbrauchten und obendrein über einen zu kleinen Tank verfügten.

Der Überraschungseffekt der viel zu früh aufleuchtenden Warnanzeige bei vielleicht gerade 400 zurückgelegten Kilometern entwickelte sich nicht selten zum Schock, wenn auf der schwer entzifferbaren Tourenkarte die nächste Autobahntankstelle erst in 40 bis 50 km angezeigt wurde.

Unsere Autos hatten das Stadium zu geringer Reichweiten längst überwunden

Heutzutage sind derartige Probleme bekanntlich durch größere Tanks und sehr viel sparsamere Motoren bei Benzin- und Diesel-PKW jüngerer Jahrgänge aus der Welt geschafft worden. Außerdem ist gewiss auch das Tankstellennetz an stark befahrenen Fernstraßen dichter geworden. Was scheren aus also noch Reichweitenprobleme? Sofern wir überall und jederzeit nachtanken können, ist die Reichweite doch quasi unbegrenzt.

Dass uns das Problem der Reichweite auf eine ganz andere Art zum Teil bereits heute, ganz sicher aber in Zukunft, wenn die Autos zum großen Teil nur noch mit Elektroantrieb unterwegs sind, wieder einholen würde, ist sicher für viele von uns, die sich über technische Probleme bei Autos keine Gedanken machen, eine Überraschung. Aber dass uns ausgerechnet der technische Fortschritt Einschränkungen bei der Reichweite bescheren würde, liegt dennoch bei näherer Betrachtung auf der Hand.

Elektrizität ist für uns selbstverständlich, aber wir übersehen die totale Abhängigkeit

Elektrisch betriebene Geräte, Maschinen und Fahrzeuge, wie U- und S-Bahnen sowie Eisenbahnen, sind im Prinzip völlig wert- und nutzlos ohne den zum Betrieb notwendigen Strom. Zum Glück gibt es Strom aber überall und jederzeit, so ist jedenfalls unsere Denkweise, die auf Erfahrung und Gewohnheit beruht. Selbst durch flächendeckende Stromausfälle, wie sie relativ selten mal vorkommen, kann unsere Einstellung nicht erschüttert werden. Aber wir machen und gar nicht klar, was die allgegenwärtige Abhängigkeit von der regelmäßigen Stromerzeugung für die Menschheit, insbesondere in den industrialisierten Staaten bedeutet. Wir wollen es einfach nicht wissen und wahrhaben.

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Umweltpolitisch sinnvolle Elektromobilität setzt leistungsfähige Akkus voraus

Bei dem anstehenden Wandel, der die politisch gewünschte Elektromobilität mit sich bringt, bedeutet das, dass die künftigen Fahrzeuge für den Individualverkehr zu einem großen Teil rein elektrisch angetrieben sein werden. Doch diese rollen bekanntlich nicht auf Schienen und werden nicht über Stromabnehmersysteme mit der nötigen Energie versorgt, sondern sind auf wiederaufladbare Akkus angewiesen. Und wir alle kennen von den verschiedensten Geräten her, insbesondere Handys, Smartphones, Notebooks usw. die Probleme mit den geringen Akkuleistungen. Unter anderem wissen wir auch, dass frische Akkus nach dem Laden eine länger anhaltende Kapazität aufweisen, als nach häufigen Aufladungen. Dabei ist die tatsächliche Nutzungsdauer je nach Fabrikat, Nutzungsart und Ladegewohnheiten unterschiedlich und nicht berechenbar, irgendwann ist mehr oder weniger überraschend Schluss und dann geht es nur mit neuen Akkus weiter.

Leistungsfähige Lithium-Ionen-Akkus beim Laden durch Überhitzung gefährdet

Die technische Weiterentwicklung der Akkus, insbesondere der Lithium-Ionen-Akkus hat Leistungsverbesserungen ermöglicht, andererseits aber auch gefährliche Nebenerscheinungen, wie sie etwa durch Überhitzung und Brandgefahr beim Aufladen entstehen kann, offenbart und das bezieht sich nicht nur auf Fahrzeug-Akkus.

Nun aber zu den Elektro-Autos: Bei elektrisch angetriebene Fahrzeugen, die sich im Grunde noch am Anfangsstadium der Großserienproduktion befinden, ist bereits jetzt zu erkennen, dass technische Probleme im Hinblick auf einen rein elektrischen Antrieb kaum eine Rolle spielen werden. Elektrofahrzeuge vollbringen bereits Fahrleistungen, die denen von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor ebenbürtig, teilweise sogar überlegen sind. Die Problematik bei reinem Elektroantrieb betrifft die wiederaufladbaren Energiespeicher.

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Lösung des Reichweitenproblems? Europa-Netz von 400 Schnellladestationen

Bisher schon serienmäßig hergestellte, kleinere Elektro-PKW, die für den Verkehr im engeren Regionalbereich konzipiert sind, erreichen im täglichen Betrieb zum Teil nicht einmal zuverlässig eine Reichweite von 150 Kilometern. Bei neueren Fahrzeugen der E-Kompaktklasse werden von den Fahrzeugherstellern Reichweiten um die 250 und sogar bis 400 Kilometer versprochen. In der E-Auto-Oberklasse liegen die angegebenen Reichweiten sogar zwischen 370 und 570 Kilometer, ohne dass allerdings Großversuche mit Tausenden von Fahrzeugen diese Behauptung hinreichend unter Beweis stellen würden. Als Lösung für das Reichweitenproblem plant ein neu gegründetes Gemeinschaftsunternehmen großer deutscher Autobauer die europaweite Einrichtung von 400 Schnellladestationen an wichtigen Fernstraßen im Abstand von 120 Kilometern. Doch nach einer generellen Lösung für Probleme mit der Reichweite, welche die diesbezüglichen Bedenken von Elektroautokäufern gegenstandslos werden lassen könnte, sieht das nicht aus.

Grundlegendes Problem bei E-Autos nicht nur die Akkus, sondern die Ladetechnik

Das eigentliche Problem der mangelnden Reichweite von E-Autos liegt nicht ausschließlich in der Akkutechnik und der für die gewünschten Reichweiten benötigten Akkukapazitäten begründet. Durch enorme Fortschritte in der Akkutechnologie konnten die Leistungen bereits erheblich gesteigert werden. In naher Zukunft ist zu erwarten, dass noch leistungsstärkere Akkus mit neuartigen Technologien unter Verwendung anderer Metalle als vorwiegend Lithium auf den Markt kommen und somit könnten die Preise infolge von Großserienfertigung sinken. Andererseits beherrschen wenige Anbieter der unerlässlichen Rohstoffe, die nur in einigen Ländern der Welt vorkommen, den Markt. Bei einer weltweiten Umstellung der Fahrzeugproduktion auf Elektroantrieb werden demnach immense Mengen an Rohstoffen für die Akku- und Elektromotorenherstellung benötigt, was zur Verknappung der Metalle und sonstigen Rohstoffe führen dürfte und die Preisspirale gewaltig in die Höhe treiben wird.

Doch der zweite Problempunkt, die Ladetechnik, wird weiterhin mit entscheidend für die erzielbaren Reichweiten sein. Stundenlange Regelladung, etwa über Nacht, schont die Akkus und ermöglicht volle Reichweiten, häufige Schnellladungen reduzieren Leistung und Lebensdauer und erhöhen die Kosten. Fahrer, die vorwiegend und nur gelegentlich mittlere oder lange Strecken fahren, werden also vom Reichweitenproblem kaum betroffen sein. Vielfahrer im Stadt- und Regionalverkehr, wie Außendienstmitarbeiter und Lieferfahrer sowie Langstreckenfahrer werden zwangsläufig auf häufige Schnellladungen angewiesen sein und werden mit damit verbundenen technischen Eigenheiten und erhöhten Kosten leben müssen.

Experten einig: Häufige Schnellladung mindert Leistung und schädigt die Akkus

Des Weiteren sind Experten für wiederaufladbare Energiespeicher einig, dass die von der Autoindustrie als Lösung für Reichweitenprobleme propagierte Schnellladung für die Akkus von E-Autos schädlich ist. Die Autobauer behaupten, dass die Akkus im Schnelllademodus schon nach 30 Minuten zu 80 Prozent aufgeladen sind, wobei der Ladevorgang wegen Gefahr der Überladung und starken Hitzeentwicklung auf Grund der Ladekennlinie im Ladegerät automatisch unterbrochen wird. Anzumerken ist, dass eine Schnellladung technisch bedingt nur 60 Prozent der Akkukapazität, also zwischen 20 und 80 Prozent, zur Verfügung stellt, da das elektronische Batteriemanagement im Fahrzeug die Entladung auf unter 20 Prozent aus Sicherheitsgründen blockiert.

Eine Minitestreihe von Siemens und Michelin unter Leitung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) mit einigen Kleinbussen und PKW hat bei einer Monatsleistung von 3.000 Kilometern ergeben, dass Schnellladung bei einer derartigen Auslastung unerlässlich sind, dass aber keinesfalls ausschließlich darauf gesetzt werden darf. Die ausschließliche Schnellladung hat zum Beispiel zur Folge, dass die einzelnen Akkuzellen unterschiedlich ge- und entladen werden und das ist mit einer Kapazitätsminderung verbunden.

Schnellladestationen bergen durch den Starkstrom höheres Gefahrenpotential

Das sind aber nicht die einzigen Nachteile der Schnellladung. Zu einen sind die Schnellladesäulen mit massiven Steckern und dicken Ladekabeln nicht gerade komfortabel zu bedienen, zum anderen bergen Starkstromanlagen auch potentiell eine höhere Gefahr für die Nutzer. Dem gewonnenen Vorteil an Zeit bei der Schnellladung steht nicht nur eine verminderte Reichweite, sondern ein höherer Materialverschleiß der Akkuzellen gegenüber. Die hohen Stromstärken erzeugen beim Laden erhöhte Widerstände und starke thermische Energie, die wiederum die Elektroden schädigt unter deren Funktionalität senkt. Beim Laden unter großer Hitzeentwicklung kann sich Lithiummetall an der Negativelektrode ablagern und zu Kurzschlüssen oder sogar zu explosiven Reaktionen führen.

Experten raten zu Kombination: Reguläre Ladung und Schnellladung als Ausnahme

Experten sind sich einig, dass die propagierte Schnellladung der E-Auto-Akkus eher als schädlich für das Material und letztlich durch verkürzte Lebensdauer für die Fahrzeughalter auch als kostspielig, bei gleichzeitig vermindertem Ladewirkungsgrad, einzustufen ist. Selbst die Schnellladung bis 80 Prozent der Kapazität mit anschließender Normalladung bringt keine Vorteile, da diese unter den Gegebenheiten 3 bis 4 mal so lange dauert. Einzig eine Kombination aus konventioneller Ladung, etwa über Nacht, mit Schnellladung im Bedarfsfall kann von den Experten als sinnvoll, kostensparend und materialschonend empfohlen werden.

Akku-Lebensdauer bis zu 10 Jahren, wenn Schnellladungen die Zeit´nicht kürzen

Wie lange ein Satz Akkus im Normalfall hält, ist mangels Erfahrung derzeit nicht genau zu ermitteln. Fachleute schätzen, dass sie nach etwa 1.000 Ladevorgängen ausgetauscht werden müssen. Bei 100 Kilometern Reichweite ergibt das, je nach Fahrleistung, eine voraussichtliche Lebensdauer von 5 bis 10 Jahren oder etwa 100.000 Kilometern, dabei sind aber sicher nicht die mit Schnellladungen verbundenen Leistungsminderungen berücksichtigt. Die Kosten für einen Satz Ersatzakkus hängen von der Leistung des Elektromotors und der Reichweite, die der Energiespeicher liefern soll, ab. Trotz rasant gefallener Herstellungskosten für Lithium-Ionen-Akkus ist fraglich, wie weit sich dies auf die Verkaufspreise von Ersatzakkus auswirken wird, derzeit sind noch mehrere Tausend Euro fällig. Es bleibt zu hoffen, dass sich durch neuere Akku-Technologien mit massiven Leistungssteigerungen, die Preise in naher Zukunft auf ein erträgliches Preis-Leistungsverhältnis, das die Elektoautos uneingeschränkt attraktiv macht, einpendeln.

2mymind.de – g.m. 03.11.2017

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