Aufladbare Akkus – Stand Technik

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Das Thema der aufladbaren Akkus ist schon recht alt. Der italienische Physiker Alessandro Volta (1745-1827) erfand die Batterie und die Lehre von der Elektrizität befand sich noch in den Anfängen. Seitdem ist viel Strom von Pol zu Pol geflossen, denn die Geschichte der Elektroautos, die sich nicht durchgesetzt haben, ist mehr als 100 Jahre alt.

Im Sprachgebrauch haben sich die Begrifflichkeiten für beide Techniken nach und nach verwischt. In der umgangssprachlichen Unterscheidung zur nicht ladbaren Primärzelle, also einer Batterie, hat sich die Bezeichnung Akku für aufladbare Sekundärzellen etabliert.

Der Erfolg der Elektromobilität steht und fällt mit dem Akku, da die Akkukapazität für die Reichweite und Ladedauer eines E-Autos ausschlaggebend ist. Der heute noch sehr hohe Preis muss weiter gesenkt werden, die Akkus müssen in Massen produzierbar und über viele Tausend Lade- und Entladezyklen stabil bleiben und das hohe Gewicht muss gesenkt werden. Das Ziel ist einfach geschrieben: Je mehr gespeicherter Strom und je weniger Gewicht der Akku hat, desto besser.

Stromquelle Elektroauto

In Elektroautos werden heute in der Regel Lithium-Ionen-Akkus, auch Lithiumionenakku, Lithiumionen-Akku, Lithiumionen-Sekundärbatterie oder kurz Lithium-Akkumulator, verwendet. Neben ihrer relativ hohen spezifischen Energie steht vor allem der geringe Memory-Effekt im Fokus der Autoindustrie. Diese Art von Akkus ermöglichen eine Vielzahl von Ladezyklen ohne nennenswerte Kapazitätseinbußen. Eine Tiefenentladung sollte vermieden werden, da sonst der Akku geschädigt werden kann. Der Abbruch des Ladevorgangs hat lediglich zur Folge, dass die Batterie nur teilweise geladen ist und die Reichweite des Elektroautos geringer ist.

Da der Markt der E-Mobilität relativ jung ist, existieren noch keine signifikanten Studien zur tatsächlichen Lebensdauer der Batterien. Experten gehen davon aus, dass die Ladekapazität einer Batterie nach etwa acht Jahren auf 70 bis 80 Prozent des ursprünglichen Wertes sinkt. Diese Theorie wird durch die von verschiedenen Autoherstellern gewährte Garantiezeit von acht bis zehn Jahren untermauert.

Am längsten soll die Lebensdauer des Auto-Akkus sein, wenn man die Ladung zwischen 20 – 90 Prozent hält.

Ab diesem Zeitpunkt vermindert sich die Reichweite eines E-Autos deutlich und die Batterie sollte ausgetauscht oder wieder aufbereitet werden. Die Lebensdauer einer Batterie steht im direkten Zusammenhang mit der von ihr ausgehenden Umweltbelastung: Je mehr Ladezyklen möglich sind, desto weniger wertvolle Rohstoffe werden benötigt.

General Motors hat dazu im Handbuch des Chevrolet Volt einen Hinweis über die Lebensdauer veröffentlicht.

Die Langlebigkeit relativiert den aufwendigen und belastenden Herstellungsprozess für die Umwelt teilweise.

Rohstoffe zur Herstellung

In einem Akku durchschnittlicher Größe kommen circa drei Kilogramm Lithium als Ladungsträger zum Einsatz. Dazu kommen einige Kilogramm Nickel, Mangan und Kobalt als Elektrodenmaterialien. Im Fokus der Umweltschützer steht insbesondere das Lithium. Schon heute werden davon große Mengen für die Akkus von Handys, Notebooks und Tablets gebraucht. Eine wachsende Absatzzahl von E-Autos wird den Bedarf sprungartig ansteigen lassen. Die größten Vorkommen an Lithium gibt es in Bolivien, Argentinien und Chile im sogenannten Lithium-Dreieck. Dort lagern im Seewasser gebunden die größten Reserven inmitten bislang unberührter Natur.

Lithium-Lagerstätten wurden in Afghanistan entdeckt. Ihr Ausmaß ist derart groß, dass laut der Welt „Afghanistan für Lithium den Stellenwert erhalten könnte, den Saudi-Arabien noch für Öl hat. Angesichts der unsicheren politischen Lage in Afghanistan liegt eine mögliche Erschließung dieser Vorkommen aber in ungewisser Zukunft.

Gewinnung der Rohstoffe

Lithium zu gewinnen ist mit hohen Umweltbelastungen verbunden. Für die Batterieherstellung wird Lithiumkarbonat mit einem Reinheitsgrad von 99,95 Prozent benötigt. Basis ist heute der See Salar de Atacama in Chile. In diesem Salzsee ruhen nach Schätzungen des U.S. Geological Survey noch Lithium-Reserven von drei Millionen Tonnen. Die Bergwerksgesellschaft hat dort riesige Verdunstungsbecken für die Lake angelegt. Nachdem ein Großteil des Wassers verdunstet ist, bleibt eine olivgrüne Lösung mit hohem Lithium-Gehalt zurück. Diese wird per LKW in die Stadt Antofagasta am Pazifik gebracht und in einer Chemiefabrik unter Zugabe von Soda in Lithiumkarbonat umgewandelt. Laut U.S. Geological Survey kann von den vorhandenen drei Millionen Tonnen technisch bedingt nur noch etwa eine Million Tonnen gewonnen werden. Der Preis für die Gewinnung ist eine massiven Zerstörung des Sees.

Das zweite Leben eines Akkus

Moderne Lithium-Ionen-Akkus halten mindestens 2000 Ladezyklen. Bei durchschnittlicher Fahrweise entspricht das einem Zeitraum von rund zehn Jahren, und dann ist die Batterie ja auch nicht gleich tot, sondern die Akkukapazität schwächelt.

Sinkt die Ladekapazität der Batterie nach jahrelanger Nutzung unter einen akzeptablen Wert, bleiben zwei Möglichkeiten:

  1. Abgabe zum Recycling
  2. Weiterverwendung im sogenannten „Second Life“

Ein Akku, der nicht mehr genug Ladekapazität für den Einsatz im E-Auto besitzt, wird für einen Zweck weiterverwendet. Aktuell ist die Nutzung als Puffer und Zwischenspeicher für Strom aus der heimischen Photovoltaikanlage geplant. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, Freiburg arbeitet an der Nutzung von ausgedienten Batterien als stationärer Pufferspeicher für große Solar- und Windkraftanlagen.

Beim Recycling ist das Ziel effiziente Recyclingverfahren für ausgediente Batterien zu entwickeln und zu etablieren. Aus dem Kathodenmaterial von Lithium-Ionen-Akkus muss das Lithium in so hoher Qualität wiedergewonnen werden, dass es wieder in neuen Akkus verwendet werden kann. Das gilt auch für die Nickel- und Kobaltsalze.

Noch fehlt eine Industrie, die große Mengen verschlissener E-Auto Akkus aufbereitet.

 

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