Quantensprünge
Der hohe Wirkungsgrad ist eine der Trumpfkarten von Batterie-elektrischen Autos. Zukünftige Batteriesysteme aber werden nach heutigem Wissensstand einen schlechteren Wirkungsgrad haben. Der Verlust steigt
- Christoph M. Schwarzer
Hamburg, 9. Februar 2015 – Der hohe Wirkungsgrad ist eine der Trumpfkarten von batterie-elektrischen Autos. Teil des effizienten Antriebsstrangs ist der Energiespeicher: mehr als 95 Prozent des Stroms, der in aktuelle Lithium-Ionen-Batterien geladen wird, kommt auch wieder heraus. In der energetischen Gesamtbetrachtung von der Quelle zum Rad, im Szenejargon nur Well-To-Wheel genannt, ist die Zellchemie damit ein wichtiger Baustein. Zukünftige Batteriesysteme aber werden nach heutigem Wissensstand einen schlechteren Wirkungsgrad haben. Der Verlust steigt.
Die Autoindustrie reserviert für die Batterie zurzeit einen Bauraum von rund 250 Litern in der Kompaktklasse. Dieses Volumen muss mit möglichst vielen Kilowattstunden Speicherkapazität bei möglichst wenig Gewicht und geringen Kosten gefüllt werden. Wissenschaft und Entwickler unterscheiden hier zwischen der volumetrischen und der gravimetrischen Energiedichte – eine Abgrenzung, die noch wichtig werden wird.
Darüber hinaus muss in der Diskussion getrennt werden zwischen den Werten für die einzelne Zelle, die meist entweder zylindrisch („18650er“) oder flach und eckig als Pouch Bag (frei übersetzt etwa: Tüte) geformt ist, sowie den niedrigeren Werten für das gesamte Batteriesystem inklusive Halterungen, Sicherung und Kühlung. BMW zum Beispiel nutzt bei den i-Modellen Zellen von Samsung SB LiMotive. Die Paketierung und Zusammenstellung macht BMW selbst; eine Arbeitsteilung zwischen Lieferant und Hersteller, die sich durchgesetzt hat. Bei BMW verweist man stolz darauf, das System bei Verschleiß nicht komplett tauschen zu müssen, wie es viele anderen Marken der Fall ist, sondern einzelne defekte Module gezielt ersetzen zu können.
Verdoppelung auf Basis der aktuellen Zellchemie
„Bis 2025 werden wir auf Basis der aktuellen Zellchemie noch erhebliche Fortschritte erreichen“, ist sich Dr. Peter Bieker, Forscher am MEET (Münster Electrochemical Energy Technology) sicher. Zum einen, weil sich die Lithium-Ionen-Zellchemie selbst evolutionär verbessert. Zum anderen, weil es jetzt Erfahrungswerte gibt und den Batterien immer mehr zugemutet wird: So steigt die Kapazität auch an, weil das Ladefenster nicht mehr von 20 bis 90 Prozent des Ladestands reicht, sondern ausgeweitet wird, zum Beispiel von 10 bis 95 Prozent. Ein wichtiger Faktor ist außerdem, dass die Zellen enger zusammengebaut werden. In der Folge ist weniger Material für das Drumherum notwendig – die Energiedichte steigt.