11.01.2018

Der lange Weg vom Labor in den Markt

Von: Ingo Steinhaus

Elektromobilität ist auf leistungsfähige Akkus angewiesen. Doch es ist noch viel Entwicklungsarbeit nötig, bis 2030 dann der Nachfolger des Lithium-Ionen-Akkus kommt.

Ladeanschluss bei einem Elektroauto

Das Laden eines Elektroautos erfordert Geduld

Die Elektromobilität entwickelt sich, ist aber vom Massenmarkt weit entfernt. Die Anmeldezahlen von Elektroautos wie BMW i3, Hyundai Ioniq Electric, Renault Zoe oder Tesla Model S haben sich im letzten Jahr verdoppelt - auf mehr als 20.000 Zulassungen. Insgesamt fahren auf den deutschen Straßen wohl ungefähr 80.000 Elektroautos. Das vor einigen Jahren vollmundig ausgerufene Ziel von einer Million Elektroautos bis 2020 ist allerdings nicht mehr zu schaffen.

Woran liegt es? Erstens an der unzureichenden Ladeinfrastruktur, die überhaupt erst ein elektrisches Fahrzeug attraktiv für die Käufer macht. Zweitens an der wenig zufriedenstellenden Energiedichte und Ladegeschwindigkeit von herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus. Mit der Ausnahme der 100.000-Euro-Schlachtschiffe von Tesla mit ihren bis zu 100 Kilowatt (kW) großen Akkus bieten die meisten Modelle lediglich 20 bis 30 kW. Im Alltag geht ihnen nach 150 bis 250 Kilometern der Saft aus. Lediglich der neue Zoe und der in Europa nicht verfügbare Chevrolet Bolt haben etwas größere Akkus von etwa 40 kW und entsprechend mehr Reichweite.

Auch beim Laden und der Infrastruktur ist Tesla Vorreiter. Das Unternehmen schafft an seinen eigenen Superchargern allerdings die rund 110 kW nur durch ein besonders ausgeklügeltes Energiemanagement. Dabei werden die Akkuzellen durch eine Wärmepumpe auf einer optimalen Temperatur gehalten. Andere Anbieter wie Hyundai ermöglichen schnelles Laden mit etwa 50 kW. Wegen des kleineren Akkus gibt es trotzdem das Tesla-Feeling: Ein Ladestand von 80 Prozent ist bei 15 bis 20 Prozent Restladung innerhalb von etwa 20 Minuten zu erreichen.

Akkus sind für E-Massenmobilität nicht gut genug

Es ist davon auszugehen, dass sich diese Situation zwar sukzessive verbessert, aber vorerst nicht grundsätzlich ändert. Experten für Elektromobilität gehen davon aus, dass alle Hersteller 2020 verstärkt Mittelklasse-Elektroautos mit höheren Reichweiten anbieten. Die Nutzer werden aber sicher noch geraume Zeit mit dem Problem leben müssen, dass alle 200 bis 250 km ein Zwischenstopp von etwa 20 Minuten notwendig ist - je nach Ladesäule und im Auto verbauter Technologie.

Zwar gibt es eine ausgedehnte Akkuforschung und praktisch einmal im Quartal wird eine sensationelle neue Technologie verkündet, die alle Akku-Probleme auf einen Schlag behebt. Doch so einfach ist es leider nicht, denn der Weg von einem Forschungsmuster zu einem marktgängigen Produkt ist lang. Was im Labor funktioniert, lässt sich noch lange nicht im großindustriellen Maßstab bauen. Ein Beispiel zum Vergleich: Jede(r) Zehnjährige kann mit einem Chemie-Experimentierkasten Wasserstoff in kleinen Mengen herstellen und somit beweisen, dass bestimmte chemische Reaktionen funktionieren. Doch bis zum Herstellen, Speichern und Transportieren von Wasserstoffgas ist es ein weiter Weg.

Ähnlich ist es bei den Akkumulatoren. Die Forschung propagiert eine Vielzahl von Alternativen zu herkömmlichen Akkumulatoren auf Lithium-Basis. Der sprechende Eintrag in der Wikipedia enthält eine recht beeindruckende Liste, die nur ein Problem hat: Praktikabel ist das wenigste davon und bei den interessanten Akkumulator-Typen mit sehr hoher Energiedichte steht als ernüchternder Kommentar: „Experimenteller Prototyp“.

Lithium-Akkumulatoren bleiben Stand der Technik

Bis tatsächlich eine neue Akkutechnologie auf dem Markt erscheint, wird wohl noch einige Zeit vergehen. Es gibt eine Vielzahl an Varianten, der in den meisten Mobilgeräten genutzte Lithium-Kobaltdioxid-Akku ist die bekannteste. Weit verbreitet ist auch Lithium-Manganoxid, dass in vielen Akkus für Elektroautos zum Einsatz kommt. Eine vielversprechende Technologie ist der Lithium-Luft-Akkumulator, der eine deutlich größere Energiedichte als herkömmliche Akkus besitzt. So gehen die Experten von dem 20fachen gegenüber heute verbreiteten Akkus aus.

Doch bisher funktioniert diese Technologie lediglich im Labor. In der Praxis gibt eine Vielzahl an Problemen, die nicht so einfach zu lösen sind. So ist es erst vor zwei Jahren gelungen, einen Feststoff-Akku nach diesem Bauprinzip zu entwickeln. Er nutzt Sauerstoffverbindungen statt der Umgebungsluft, die durch den Anteil an Wasserdampf zu Korrosion führen kann. Ein Akku dieses Bautyps ist vor allem für die Elektromobilität interessant. So hat ein Elektroauto bei einem Akkugewicht von 545 Kilo heutzutage eine theoretische Maximalreichweite von etwa 530 Kilometer. Mit einem gleich schweren Lithium-Luft-Akku könnte das Auto gut 10.000 Kilometer weit fahren.

Anders ausgedrückt: Das Akkugewicht der zukünftigen Elektroautos wird wohl deutlich sinken. Wer wissen möchte, wie sich die Energiedichte verschiedener Akkutechnologien in unterschiedlichen Anwendungsbereichen auswirkt, findet in einer Infografik des Elektronikhersteller RS Components eine interessante Übersicht. Dort wird auch deutlich, dass es noch ein weiter Weg bis zur Massenproduktion ist. Vor 2030 werden diese neuartigen Akkus wohl nicht auf dem Markt auftauchen. Bis dahin müssen wir wohl mit Zwischenstopps auf der Autobahn leben und mit Smartphones, die auch bei durchschnittlichem Gebrauch einmal am Tag geladen werden.

Bildquelle: Thinkstock

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