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Ende der Reichweitenangst  Technik: Ende der Reichweitenangst

Doppelt so weit



Die Reichweitenangst bei der Elektromobilität wird in wenigen Jahren der Vergangenheit angehören. Davon ist Professor Martin Winter als einer der führenden Batterie-Experten überzeugt.

 
 Ende der Reichweitenangst
  
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Papier ist geduldig. Diese nicht ganz neue Erkenntnis gilt besonders auch beim Elektroauto. Im Fahralltag bleibt fast immer nicht mehr viel übrig von den versprochenen und per Test-Zyklus ermittelten Wunderreichweiten. Vor allem im Winter, wenn Verbraucher wie die Klimaanlage, heizbare Heckscheiben und Sitzheizungen auf vollen Touren laufen, geht die Strecke, die mit einer Akkuladung zurückgelegt werden kann, schnell auf ein Minimum zurück. Diese Reichweitenangst umschlingt die Elektromobile wie eine Fußfessel, die die Verbreitung des Stromerns verhindert. Doch jetzt kommt Bewegung in die Batteriechemie.

Tesla hat es vorgemacht, die deutschen Autobauer ziehen nach: Zur Markenseite AudiAudi hat bei den Akkus des R8 e-tron die Energiedichte von 84 auf 152 Kilowattstunden pro Kilogramm erhöht. Das schraubte die Reichweite auf 450 Kilometer. Auf der IAA zeigt Audi die seriennahe Studie eines Elektromobils mit rund 600 Kilometern Reichweite. Doch damit ist noch längst nicht das Ende der Fahnenstange erreicht. "Ich halte eine Vergrößerung der Batterie-Leistung auf 250 Prozent des jetzigen Energieinhaltes bei Lithium-Ionen-Batterien bis etwa 2020 für sehr wahrscheinlich", macht Professor Martin Winter, einer der führenden Batterie-Experten Deutschlands allen E-Mobilisten Mut.

Deswegen ist der Professor am Institut für Physikalische Chemie der WWU Münster auch überzeugt davon, dass die Lithium-Ionen-Akkus die Autofahrer noch eine Weile begleiten werden. Ein Hauptgrund ist die Belastbarkeit der bewährten Batteriezellen. Daraus resultieren einige interessante Optionen: Ein Range-Extender muss nicht zwingend ein Verbrenner oder eine Brennstoffzelle sein. Eine Hochenergie-Batterie könnte den Lithium-Ionen Akku genauso gut mit Strom versorgen. Die Stressarbeit, also das Beschleunigen und Rekuperieren, übernehmen die Lithium-Ionen-Akkus. Für die Hochenergiespeicher kämen neue Batterie-Konzepte, wie Lithium-Schwefel oder Lithium-Luft in Frage. Bis diese Ideen einsatzbereit sind, werden aber noch mindestens zehn Jahre ins Land gehen.

Ende der Reichweitenangst, Technik
Der nächste Entwicklungsschub wird 2017 kommen, da dann neue Modelle eingeplant sind
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Mittlerweile haben sich die Automobilbauer zu dem großen Treiber der Batterie-Entwicklung gemausert. Immer wenn Zur Markenseite VolkswagenVolkswagen, Zur Markenseite BMWBMW, Zur Markenseite BMWBMW und Co. eine Ausschreibung für ein neues Elektro-Auto lancieren und sich für einen Akkutypen entscheiden, wollen sich die Batterie- und Zellhersteller möglichst gut positionieren und stellen ihre neuesten Errungenschaften vor.

Der nächste Entwicklungsschub wird 2017 kommen, da dann neue Modelle eingeplant sind. Der BMW i3 wird seine Reichweite von derzeit 150 Kilometer in zwei Schritten bis 2018 rund verdoppeln. Die nächste Runde des Batterie-Zellen-Marktes wird dann 2020/21 über die Bühne gehen. Es gelten die ehernen Gesetze: Wer die beste Leistung zu einem guten Preis liefert, bekommt den Auftrag.

Bei den Wunder-Batterien, die immer wieder durch das Internet geistern, fehlen oft die genauen Informationen, so dass die Experten keine Prognose wagen, ob das ein Schritt in die richtige Richtung ist. Das gilt auch für die Nano FlowCell-Batterien des selbst ernannten Chef-Chemikers Nunzio La Vecchia, der Musiker war, ehe er sich in rund 48 Monaten per Selbststudium zum Batterieexperten ausbildete.

Eines der heißen Projekte, an denen die Batteriebranche arbeitet, sind "grüne" Batterien, bei denen organische Materialien die Abhängigkeit von teuren und seltenen Ressourcen verringern sollen. Denkbar sind zum Beispiel ein flurfreies Elektrolyt oder Membranen aus Proteinen.

Die Krux an diesen Konzepten ist, dass diese Batterien vermutlich mehr Bauraum brauchen, um die gewünschte Leistungsfähigkeit zu erreichen. Und genau der ist in Autos per se knapp bemessen. Dieser Zielkonflikt zeigt das Dilemma der Batterie-Tüftler. "Wir suchen nach wie vor nach der eierlegenden Wollmilchsau", fasst Martin Winter zusammen.

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Ein Problem ist mit den neuen Akkus jedoch noch immer nicht gelöst: das Laden
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Batterien, die schnell geladen werden können, wie zum Beispiel die "Toshiba SCiB" (Super Charge iron Battery) haben im Moment noch eine geringe Energiedichte. Andere Systeme, wie etwa Lithium-Schwefel oder Lithium-Luft, die auf wenig Gewicht setzen und zum Beispiel zu einem Großteil die eigentlichen reaktiven Materialien enthalten, brauchen wiederum mehr Platz. Durch die Komplexität der Akkus könnte der Gewichtsvorteil dann wieder egalisiert werden.

Allerdings bewegt sich die Forschung mit großen Schritten nach vorne, da immer mehr Erfahrungen über das Verhalten der sensiblen Zellen gesammelt werden. "Wir brauchen weitere Feldversuche, sollten die Ergebnisse aber mehr wissenschaftlich hinterfragen", fordert Martin Winter.

Im Prinzip geht es bei der Entwicklung von Batteriezellen darum, einen Kompromiss aus Energie, Leistung, Kosten und Bauraum zu finden - und das wird mit den Erfahrungen der E-Mobilität immer leichter.

Deswegen konnte sich Zur Markenseite PorschePorsche beim Super-Sportler 918 Spyder auch näher an die Reserven der Batterie herantasten. Um die Lebensdauer der Akkus zu erhalten, nutzen die Automobilhersteller nur rund 80 Prozent der Leistungsfähigkeit. Die Zuffenhausener erhöhten jetzt diesen Wert, indem sie die Grenzen für Überladung und Entladung etwas mehr ausreizten. Ein anderer Weg ist die Kombination aus Materialien, die hohe Ladezustände gut verkraften, mit solchen, die ein Entladen gut wegstecken.

Ein Problem ist mit den neuen Akkus jedoch noch immer nicht gelöst: das Laden. Die meisten potenziellen Kunden könnten das eigene Elektroauto zu Hause aufgrund fehlender Infrastrukturen, Mehrfamilienhäusern oder fehlender fester Parkplätze gar nicht laden. Der Ladeprozess an sich, ein schweres Elektrokabel bei Wind und Wetter ins Auto und eine stationäre Steckdose zu stöpseln, dürfte nicht nur für Kunden teurer Fahrzeuge kaum komfortabel sein. Und das volumenmäßig induktive Laden ist schon aufgrund der damit verbundenen Kostenstrukturen weiter entfernt denn je.

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Fotos: Hersteller
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