Als Akkus für e-Autos werden heute meist Lithium-Ionen-Akku verwendet. Die Merkmale dieser Technik sind:
- Nennspannung einer Zelle: 3,6 Volt
- Elektroden Minuspol (Kathode): Lithium-Metalloxid
- Elektroden Pluspol (Anode): Graphit
- Elektrolyt: 95 – 190 Eh/kg je nach verwendetem Material
- Merkmale: Hohe Energiedichte, kein Memoryeffekt, thermisch stabil, geringe Selbstentladung, Hitzeentwicklung bei starker Entladung
- Entwicklung ursprünglich für Notebooks, Smartphone, Digitalkameras, Akkuschrauber
Hersteller von leistungsfähigen Akkus für E-Autos sind in Japan, Korea und USA (Tesla Gigafabrik) zu Hause und nicht in Deutschland. Für die dauerhafte Haltbarkeit eines Lithium-Akkus sind folgende Kriterien entscheidend:
- Mehrmalige Schnellladungen über 80% sind zu vermeiden
- Regelmäßige Tiefentladung ist zu vermeiden
- Bei hohen Ladeströmen, zum Beispiel durch hohe Geschwindigkeiten oder starke Beschleunigung wird viel Wärme in den Akku-Modulen erzeugt. Es muss ausreichende Kühltechnik vorhanden sein
- Je größer die Akkukapazität ist, desto weniger Ladevorgänge sind innerhalb eines Zeitintervalls notwendig und damit wird die Lebensdauer verlängert
- Es hat sich bei Telsa gezeigt, das viele Ladungen am SuC (DC) die Degradation fördern
Wer die Batterie im Fahrzeug schonen will, sollte diese nicht zu oft mit hoher Ladegeschwindigkeit aufladen. Denn gerade, wenn die Akkuzelle fast voll aufgeladen ist, kann eine zu hohe Ladeleistung schädlich für die Zellchemie sein. Dieser Sachverhalt ist den Autoherstellern bekannt, daher dauert das Schnellladen ab 80 Prozent in vielen Fällen auch wesentlich länger. Bei Tesla gibt es elektronisch zusätzlich noch ein Abgleich der Spannung pro Zelle im Akku (Balancing).
Ein Lithium-Ionen-Akku lässt sich unterhalb von etwa minus zehn Grad aus Sicherheitsgründen nicht mehr laden, sofern die Zelle nicht beheizt wird. Andere Probleme gibt es in heißen Regionen. Jenseits von 40 Grad Celsius altert ein Akku schneller. Ihre volle Kapazität erreicht der Akku nur in jenem Temperaturbereich, in dem sich auch der Mensch wohl fühlt, also zwischen 20 und 40 Grad Celsius.
Für das unterschiedliche Verhalten gibt es zwei Gründe, an der im Akku verwendeten Chemie und dem Fahrer. Beim Laden schaufelt der Akku im Inneren Lithium-Ionen von der Kathode zur Anode. Zwischen den Polen befindet sich das leitfähige Medium der sogenannte Elektrolyt, der flüssig ist. Bei niedrigen Temperaturen wird dieser heute verwendete Elektrolyt zähflüssiger und friert ein. Daher muss der Akku beheizt werden, um diesen zustand zu verhindern. Bei Kälte entzieht die Klimaanlage zum Beheizen des Akkus und des Innenraums Energie aus dem Akku. Das kann der Fahrer bedingt durch niedrigere Temperaturen im Fahrzeug beeinflussen.
Lebensdauer
Viele bekannte Anbieter garantieren heute 3.000 Vollladezyklen bei mindestens 80% Restkapazität. Bezogen auf einen aktuellen Tesla-Akku im Model S 100D würde das theoretisch bedeuten: 3.000 mal 100 kWh Strom laden und fahren! Das entspricht etwa 1.500.000 Kilometer. Der Durchschnittsfahrer erreicht maximal 15.000 km im Jahr. Nach der Nutzung im Auto kann er ihn noch 50 Jahre als Akku im Haus, zum Beispiel als Ergänzung zu einer Solaranlage, nutzen.
Zu beachten ist auch das zweite Leben eines Akkus.