Elektroauto-Batterie: Kosten, Haltbarkeit, Recycling

Autos mit Verbrennungsmotor verwenden lediglich zum Starten des Motors eine Batterie. Diese liefert den Zündfunken bei Benzinmotoren und betreibt das Bordnetz für die Elektronik des Fahrzeugs.

Im Gegensatz dazu nutzen Elektroautos die Leistung der Batterie auch für den Antrieb.

Der Elektromotor selbst ist ausgereift, der limitierende Faktor bei E-Autos ist nach wie vor die Batterie.

Hochleistungsbatterien sind vergleichsweise schwer, liefern dafür aber eine hohe Reichweite.

Mit höherem Gewicht steigt aber auch der Verbrauch des Fahrzeugs, sodass sich eine größere Batterie irgendwann nicht mehr rechnet.

Lithium-Ionen-Akkus laden schnell und überstehen im Vergleich zu älteren Modellen viele Ladezyklen, ohne nennenswert Kapazität zu verlieren.

Die Akkus nutzen Kathoden aus Lithium-Metalloxid und Anoden aus Graphit.

Diese Kombination bietet ein gutes Kosten-Nutzen-Verhältnis und wird in der Mehrzahl aller Akkus eingesetzt.

Ein großer Vorteil ist die vollständige Wiederaufladbarkeit und der fehlende Memory-Effekt, der bei älteren Nickel-Cadmium-Batterien für eine schnell sinkende Kapazität sorgte.

Zudem ermöglicht die Verwendung von Lithium den höchsten Wirkungsgrad aller derzeit kommerziell verfügbaren Technologien, da es verhältnismäßig leicht ist und ein hervorragender Energiespeicher ist.

Feststoffbatterien sind spezielle Akkumulatoren, bei denen ausschließlich feste Materialien zum Einsatz kommen.

• Beide Elektroden und das Elektrolyt bestehen aus Feststoffen.
• Diese Akkus können besonders hohe Energiedichten erreichen.
• Damit das funktioniert, müssen metallische Anoden eingesetzt werden, Graphit-Anoden wie bei den üblichen Akkus erreichen nicht die notwendige Leistung.
• Während des Betriebs darf es nicht zur Ausbildung von Dendriten zwischen Anode und Kathode kommen, sonst droht ein Kurzschluss im Akku.

Durch die Verwendung von festen Materialien ist die Brandgefahr insgesamt geringer und die Reichweite des Akkus potenziell größer.

Zudem reduzieren Feststoffbatterien die Abhängigkeit von Rohstoffen wie Kobalt. Bisher gibt es noch kein Elektroauto, bei dem Feststoffakkus eingesetzt werden.

Einige Linienbusse von Daimler hatten bereits Festkörperbatterien im Einsatz, nach einem Brand wurden aber alle Busse zurückgerufen.

Die Batterie eines E-Autos besteht aus vielen einzelnen Modulen, die sich aus vielen Zellen zusammensetzen. Die meisten Hersteller setzen auf sogenannte Pouch-Zellen, die z. B. auch in Handys eingesetzt werden.

Diese kommen im Gegensatz zu anderen Bauarten ohne eine zusätzliche Hülle aus und benötigen daher weniger Platz und sind leichter.

Dafür blähen sie sich im Betrieb ein wenig auf, das muss bei der Konstruktion berücksichtigt werden.

Je größer die Anzahl der Module ist, desto höher ist die Gesamtkapazität des Akkus.

E-Auto-Akkus arbeiten mit hohen Spannungen, um eine ausreichende Leistung zur Verfügung zu stellen.

Zur Steuerung der Energieströme ist eine Leistungselektronik notwendig.

• Ein Wechselrichter wandelt den Gleichstrom, der in den Akkus gespeichert ist, in Wechselstrom um.
• Dieser ist für den Betrieb des Elektromotors notwendig.
• Die Frequenz des Wechselstroms regelt die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und die Amplitude des Stroms ist für die Leistung verantwortlich.

Die Preise für Lithium-Ionen-Akkus sind viele Jahre über gefallen, kürzlich aber wieder etwas gestiegen (Stand Dezember 2022).

Inzwischen liegen sie bei durchschnittlich 140 € pro Kilowattstunde.

Bei dem im Sommer 2020 erschienenen VW ID.3, der eine Batterie mit 58 kWh mitbringt, betragen die Kosten für die Batterie also ungefähr 8.100 €.

Kritiker der Elektromobilität weisen häufig darauf hin, der Nachteil sei, dass die Batterien der E-Autos nur eine kurze Lebensdauer hätten und schon nach wenigen Jahren getauscht werden müssten.

Lohnt sich also der Kauf eines Elektroautos mit Batterie überhaupt oder ist ein Modell mit einer Batteriemiete sinnvoller?

• Die Lebensdauer einer Batterie hängt von den Ladezyklen ab.
• Moderne Lithium-Ionen-Akkus verkraften bis zu 3.000 Ladezyklen. Ein Ladezyklus entsprich einer vollständigen Be- und Entladung.
• Die Kapazität der Batterie sinkt mit zunehmendem Alter und ist abhängig von den Ladezyklen, der Art der Aufladung, der Unterbringung des Fahrzeugs und dem Fahrstil des Fahrers.
• Die Akkus erreichen in der Regel 1.000 Ladezyklen, bevor die Kapazität überhaupt abnimmt.
• Nach 1.500 bis 3.000 Ladezyklen hat sie immer noch ungefähr 80% der ursprünglichen Kapazität.

Ausgehend von einer Reichweite von 300 km kann das Elektroauto 300.000 km ohne merkbaren Ladeverlust fahren und selbst nach 450.000 km hat der Akku noch mindestens 80% seiner ursprünglichen Leistung.

Grundsätzlich liegt der durchschnittliche Verbrauch eines Elektroautos zwischen 15 kWh und 25 kWh pro 100 km.

Ein wichtiger Faktor für die Reichweite ist die Kapazität der Batterie. Je größer die Batterie ist, desto höher ist auch die Reichweite.

E-Autos mit Lithium-Ionen-Akkus können bis zu 600 km zurücklegen. Wie weit Elektroautos in der Praxis kommen, lesen Sie in unserem Ratgeber zur Reichweite von Elektroautos.

Trotz Fortschritten in der Effizienz und der Energiedichte von Lithium-Ionen-Akkus sind die verwendeten Zellen für E-Autos noch immer recht schwer.

Je nach Modell und Autohersteller wiegen sie zwischen 300 kg und 750 kg.

Die wichtigsten Rohstoffe für die Herstellung von Lithium-Ionen-Akkus sind Lithium und Kobalt. 

Die weltweiten Reserven von Lithium und Kobalt sind begrenzt. Geschätzt gibt es noch 47 Millionen Tonnen Lithium und 25 Millionen Tonnen Kobalt.

Gefördert werden derzeit ungefähr 36.000 Tonnen Lithium und 124.000 Tonnen Kobalt pro Jahr.

Bei beiden Rohstoffen wird circa die Hälfte des weltweiten Abbaus für die Batterieproduktion verwendet.

Da die Batterieproduktion immer weiter zunimmt, wird es zukünftig zu Engpässen bei der Beschaffung der Rohstoffe kommen.

Lithiumsalze befinden sich vor allem in Meerwasser. Unter bestimmten Bedingungen reichern sie sich auch in Binnengewässern an und können dort abgebaut werden.

Nennenswerte Vorkommen gibt es vor allen in ausgetrockneten Salzseen, z. B. in Chile, Argentinien, Bolivien und den USA. In Australien wird Lithium auch im Bergbau gewonnen.

Ein Großteil der bekannten Kobaltreserven liegt im Kongo, weitere Vorkommen gibt es in Australien.

In Südamerika gibt es unter der trockenen Oberfläche der Salzseen Wasserschichten mit einer hohen Salzkonzentration.

Dieses Wasser wird an die Oberfläche gepumpt und dort in großen Becken verdunstet.

Mit chemischen Methoden trennen die Abbauunternehmen dann das enthaltene Lithiumkarbonat von den anderen Mineralien und verschiffen es für die Weiterverarbeitung.

In Australien wird Lithium im Bergbau gewonnen. Dies ist zwar teurer, wird jedoch durch die relative Nähe zu den asiatischen Produktionsstätten für Batterien wieder wettgemacht.

Kobalt wird vor allem im Kongo im Tagebau abgebaut, da es dort große Vorkommen in Oberflächennähe gibt.

Die größten Hersteller von Lithium-Ionen-Akkus sitzen überwiegend in Asien und produzieren dort: 

1. Panasonic
2. BYD
3. LG Chem

Auch wenn die Batterien in Autos nicht mehr verwendet werden können, weil ihre Kapazität unter 80% gesunken ist, können sie noch als stationärer Stromspeicher weiterverwendet werden.

Im Idealfall sind so weitere 10 Jahre Nutzung möglich. Nach dem endgültigen Nutzungsende müssen die Rohstoffe wiederverwertet werden.

Aluminium, Stahl und die Kunststoffe aus den Gehäusen können recycelt werden. Durch Forschung zur mechanischen Aufbereitung werden schon heute Recyclingquoten von bis zu 90% erreicht.

Bis 2030 können laut Berechnungen der Denkfabrik Agora Energiewende bis zu 10% des Rohstoffbedarfs für Batterien durch Recycling gedeckt werden.

Dennoch müssen Lithium-Ionen-Akkus durch die verwendeten Stoffe in jedem Fall von Spezialfirmen aufbereitet werden.

Lithium-Ionen-Akkus arbeiten am effektivsten, wenn sie im Ladebereich zwischen 20% und 80% betrieben werden.

Extreme Ladestände sorgen für eine Reduzierung der Lebensdauer durch zu hohe oder zu niedrige Spannungen innerhalb der Batteriezellen.

Eine Mischung aus Schnellladen und lange laufenden Ladevorgängen ist ideal.

Alle Informationen zur Ladeinfrastruktur und dem Ladevorgang finden Sie in unserem Ratgeber zum richtigen Laden eines Elektroautos.

Andauernde Extremtemparaturen können sich negativ auf die Langlebigkeit eines Akkus auswirken.

• Schon bei Temperaturen von weniger als 10 °C verringert sich die Leistungsfähigkeit der Batterie.
• Auch bei längeren Standzeiten sollte die Batterie regelmäßig geladen werden.
• Während der Fahrt lohnt sich ein Verzicht auf Heizung und Klimatisierung, wann immer es möglich ist, da diese Funktionen vergleichsweise besonders viel Energie verbrauchen.

Achten Sie außerdem darauf, dass Akkus in Ihrer Elektroauto-Versicherung mit eingeschlossen sind.

Kundendienstbüro

Kerstin Schütze