Batterien befinden sich im Mittelpunkt der Dekarbonisierung von Fahrzeugen. Im Wesentlichen baut diese auf einer Technologie auf, die bereits vor 200 Jahren entwickelt wurde. Die erste elektrische Batterie wurde um 1800 von Alessandro Volta erfunden. Die Technologie wurde weiterentwickelt und verbessert. Im Jahr 1985 wurde der erste Lithiumionenakku entwickelt, der schließlich 1991 vermarktet wurde.
Lithiumionen ermöglichen die Speicherung von mehr Energie auf kleinerem Raum und mit weniger Gewicht und bieten gleichzeitig eine längere Lebensdauer der Batterie.
Wie funktioniert eine Batterie?
Im Herzen der Batterie befinden sich Zellen. Diese Zellen bestehen aus einer Kathode (+), einer Anode (-), flüssigem Elektrolyt und einer Trennvorrichtung. Das Prinzip ist einfach: Wenn die Lithiumionen vom Pluspol zum Minuspol und zurück wandern, entsteht Elektrizität, die zur Aufladung der Batterie genutzt wird. Diese einzelnen Zellen können in einem Modul zusammengefasst werden. Aus mehreren Modulen mit Sensoren und einem Steuergerät entsteht ein Batteriepack. Batteriepacks werden zum Antrieb von Fahrzeugen eingesetzt.
Sind Batterien nachhaltig? Welche Auswirkungen haben die darin verwendeten Mineralien?
Batteriehersteller messen ihre Umweltbelastung aufgrund von Abbau und Behandlung von Mineralien für die Zellen- und Batterieproduktion. Zu den verwendeten Mineralien zählen hauptsächlich Lithium, Nickel, Kobalt und Mangan. Diese Mineralien gelten nicht als knappe Ressourcen und stehen für die Massenproduktion elektrischer Batterien zur Verfügung. Der Abbau und die Verarbeitung dieser Mineralien wird global sorgfältig überprüft, sodass die Hersteller genau auf ihre Betriebsabläufe achten.
Sie haben einfach alles im Blick – von der Auswirkung auf den Boden, Artenvielfalt, Wasser und Abfall über Sicherheit und Gesundheit bis hin zu Arbeits- und Menschenrechten. Es ist zu beachten, dass 70 % des CO₂-Fußabdrucks einer Batteriezelle während der Produktion entsteht. Hersteller versuchen, sogenannte Gigafactorys in der Nähe von Fahrzeugproduktionsstätten zu errichten, um so die insgesamt entstehenden Emissionen zu verringern. Außerdem nutzen sie mehr ökologische Energiequellen für die Produktion.
Bei Batterien kommt es auf die Reichweite an.
Es kommen Standardmaße zur Anwendung. Bei einem Elektrofahrzeug entsprechen Kilometer pro Kilowattstunde (km pro kWh) dem Kraftstoffverbrauch (l/km), doch die Reichweite wird von vielen Faktoren beeinflusst, nicht zuletzt von der Außentemperatur, der Art des Fahrzeugs, der Aerodynamik und dem Alter der Zellen. Eine Batteriezelle hat jedoch eine voraussichtliche Lebensdauer von mindestens 10 Jahren. Als Faustregel gilt, dass ein höherer kWh-Wert bedeutet, dass das Fahrzeug mit einer einzigen Ladung eine längere Strecke zurücklegen kann.
Lebensdauer einer Batterie
Die Wartung von Batterien ist wichtig, ganz besonders zu Beginn ihres Einsatzes. Kapazität und Leistung nehmen jedoch je nach Wartung und Nutzung mit der Zeit ab. Jeder Batteriepack hält seine Ladekapazität voraussichtlich für ca. 160.000 bis 320.000 Kilometer. Hersteller sind so zuversichtlich bezüglich der Lebensdauer ihrer Batterien im Einsatz, dass für die meisten Fahrzeuge eine verlängerte Garantie von 8 Jahren oder 160.000 km angeboten wird, was im Vergleich zu den mit Verbrennungsmotoren angebotenen Alternativen eine Verbesserung darstellt.
Bei der Entwicklung von Batterien kommt eine Kreislaufwirtschaft zum Einsatz, um die Notwendigkeit des Abbaus von natürlichen Ressourcen und der Instandsetzung einzuschränken, die sich mit der Zeit herauskristallisieren wird. Instand gesetzte Batterien können in Fahrzeugen wiederverwendet bzw. als Energiespeicher in Häusern eingesetzt werden, sodass einige Hersteller planen, Batterien öffentlich zur Verfügung zu stellen. So plant Nissan beispielsweise, aus dem Betrieb genommene Batterien von Elektrofahrzeugen als Back-up-Energiequelle für die Johan-Cruyff-Arena in Amsterdam bereitzustellen. Am Ende der Lebensdauer einer Batterie werden die Materialien für die Herstellung neuer Batterien recycelt. Dies erfolgt in erheblichen Mengen, da viele Regierungen bereits Gesetze eingeführt haben, um sicherzustellen, dass dies auch wirklich geschieht.
Welche Entwicklungen können wir in Zukunft erwarten?
Bis zum Ende des Jahrzehnts wird sich die Anzahl der Lithiumionenakkus bedeutend erhöhen, wobei sich die Energiedichte im Vergleich zu aktuellen Batterien erhöhen wird, was dazu führt, dass die Batterien leichter werden und eine höhere Reichweite aufweisen. Außerdem sollte der Preis sinken. Dies ist jedoch unberechenbar, insbesondere in Bezug auf die erforderlichen Mineralien. Wenn die Gigafactorys die Produktion erhöhen, wird der Skaleneffekt jedoch zu einem Preisabfall führen.
Niedrigere Preise führen zusammen mit der Gesetzgebung und Anreizen zu einer erheblichen Erhöhung des Verkaufs von Elektrofahrzeugen. Mehr Elektrofahrzeuge bedeuten mehr Herausforderungen, jedoch auch mehr Möglichkeiten für den Folgemarkt. Werden alle dafür bereit sein?
Batterien verändern die Welt … sind auch Sie bereit für eine Veränderung?