E-Autos: Vor- und Nachteile verschiedener Batterie-Typen

E-Auto ist nicht gleich E-Auto – schon klar. Unterschiedliche Hersteller, Formen, Anwendungsbereiche, Ausstattungsniveaus – geschenkt. Aber Elektroautos sind vor allem im Herzen nicht unbedingt gleich – und ja, dieses etwas pathetische Sprachbild meint hier natürlich den Akku. Dabei geht uns hier gar nicht um konkrete Leistungsdaten, sondern um die grundlegend verschiedenen Arten von Akkus, die es in Elektroautos aktuell gibt – oder künftig geben wird.

Lithium-Ionen-Akku

Starten wir mit dem bekanntesten Vertreter: dem Lithium-Ionen-Akku. Gemeint ist mit dieser etwas allgemeinen Bezeichnung eine Chemie, in der neben Lithium auch Nickel, Mangan und Kobalt eine große Rolle spielen, drum heißen diese Akkus auch (Li-)NMC-Akkus. Sie stecken aktuell nicht nur in den meisten Elektroautos, sondern auch in zahlreichen anderen Elektro-Geräten aus unserem Alltag. Beispielsweise im Smartphone.

Die Vorteile: Wer so häufig eingesetzt wird, an dem wird freilich viel geforscht und optimiert. So hat sich etwa die Energiedichte von Lithium-Ionen-Akkus in den letzten acht Jahren verdoppelt. Energiedichte bedeutet: Wie viele Wattstunden pro Kilogramm Batteriegewicht zur Verfügung stehen. Und der Lithium-Ionen-Akku hat noch weitere Vorteile. Die geringe Selbstentladung zum Beispiel, die nur bei 1 bis 2 Prozent pro Monat liegt. Außerdem können die Batterien hohe Stromstärken und damit hohe Leistung bereitstellen und aufnehmen, was sie natürlich besonders für den Einsatz in Elektroautos qualifiziert.

Es gibt aber auch einige Nachteile. Die Temperaturempfindlichkeit wäre da zu nennen. Unterhalb von fünf und oberhalb von 40 Grad reagiert die Zellchemie träge oder ist anfällig für nachhaltige Schäden. Apropos: Die Zellchemie ist ebenfalls ein Problem, denn etwa die Gewinnung der Rohstoffe ist schwierig und zudem nicht billig. Auch eine gewisse Brandgefahr bei physischer Beschädigung des Akkus ist nicht zu leugnen, da Lithium extrem reaktionsfreudig und die Batterieflüssigkeit – also der Elektrolyt, der als Leitmedium zwischen den Polen fungiert – brennbar ist. Nicht zuletzt deshalb bedarf es beim Lithium-Ionen-Akku eines Kühlsystems. Und das kostet Bauraum und erhöht das Gewicht.

Lithium-Eisenphosphat-Akku

Beim Lithium-Eisenphosphat-Akku oder kurz LFP-Akku besteht die positive Elektrode aus dem namensgebenden Eisenphosphat und nicht aus Kobaltoxid. LFP-Batterien finden wir heute beispielsweise in einigen Modellen von Tesla und bei verschiedenen chinesischen Herstellern wie BYD oder XPeng. Funfact: Als 2008 das KERS in der Formel 1 eingeführt wird, beendet Lewis Hamilton die Saison als Weltmeister – mit einer Lithium-Eisenphosphat-Batterie im Rücken.

Die Vorteile: Verglichen mit der NMC-Variante, ist der LFP-Akku vor allem eines: günstiger – und damit sinken die Preise für Elektroautos, die damit ausgestattet sind. Schließlich ist der Akku nach wie vor Kosten-Treiber Nummer Eins. Außerdem sind LFP-Akkus robuster und weniger anfällig für thermische Beschädigungen oder Überlastung. Selbst einen Beschuss mit Nägeln steckt so ein LFP-Akku weg, ohne durchzugehen und abzubrennen. Dazu kommt eine gewisse Langlebigkeit an sich. Selbst nach 10.000 Ladezyklen können LFP-Akkus teilweise noch 75 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität aufweisen. Ein weiterer Pluspunkt: die nahezu 100-prozentige Recyclingfähigkeit.

Doch auch diese Medaille hat zwei Seiten. So verfügen LFP-Akkus über eine geringere volumetrische Energiedichte als herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus. Das senkt bei gleicher Bauteilgröße die Reichweite eures Elektroautos oder macht größere Reichweiten in kleineren E-Autos unmöglich, weil die Batterie eben zu viel Platz bräuchte.

Der Feststoff-Akku

Die Feststoffbatterie gilt für viele als die Schlüsseltechnologie in der Elektromobilität. Doch bis jetzt hat es noch keiner geschafft, sie aus dem Labor in die Großserie zu bringen, auch wenn viele Hersteller ihr Fachpersonal darauf angesetzt haben. Ihren Namen hat die Feststoff- oder Festkörperbatterie übrigens vom festen Elektrolyt zwischen den Polen.

Die Vorteile: Die Festkörperbatterie soll alle Attribute vereinen, die sich bei der Akku-Technologie bislang widersprechen. Also besonders hohe Energiedichte zum niedrigen Preis, hohe Ladeleistung bei gleichzeitiger Langlebigkeit und eine hohe thermische Sicherheit trotz hoher Energiedichte. Außerdem, und das ist der vielleicht spannendste Aspekt, sollen mit einer Feststoffbatterie am Schnelllader in nur einer Minuten mehrere 100 Kilometer Reichweite geladen werden können.

Die Nachteile? Naja, es gibt Stand 2023 noch keine marktreife Festkörperbatterie und wir werden wohl noch eine Weile darauf warten müssen. Mercedes beispielsweise hat die ersten Autos für 2028 angekündigt. Zudem zeichnet sich ab, dass diese Art Batterien auf anderen Produktionsanlagen entstehen müssten – und das, wo doch jetzt überall Gigfactories für NMC-Akkus entstehen.

Die Zukunft

Es gibt noch eine ganze Reihe von Technologien, an denen derzeit geforscht wird. Akkus mit einer Anode aus Silizium beziehungsweise Anteilen davon statt nur aus Grafit zum Beispiel. Gibt es aktuell nur im Concept-Car und Reichweiten-Weltmeister Mercedes EQXX. Das Tolle daran: Ein Silizium-Atom kann vier Lithium-Ionen binden, während es sechs Grafit-Atome für ein einziges Lithium-Ion braucht. Das Blöde daran: Beim Aufladen dehnt sich das Silizium um das Vierfache aus und findet beim Entladen nicht garantiert wieder in die ursprüngliche Form zurück.

Außerdem sind da noch Natrium-Batterien in der Pipeline. Pluspunkt: Spottpreise dank Verzicht auf Nickel, Kobalt und selbst Lithium. Allerdings liegen bislang nur Ergebnisse mit überschaubarer Energiedichte vor. Ähnlich verhält es sich mit Lithium-Schwefel-Batterien – die sind zwar leicht und günstig, aber aktuell noch stark verschleißanfällig.