ElektromobilitätDas Risiko Akku-Lebensdauer

Renault verkauft Elektroautos ohne Batterie. Das senkt nicht nur den Kaufpreis, sondern nimmt Kunden eine Sorge: Wie lang halten eigentlich die Akkus? von Sebastian Viehmann

Produktion von NiMH-Batterien bei Toyota

Produktion von NiMH-Batterien bei Toyota  |  © press-inform/Hersteller

Die Elektromobilität hat einen schwierigen Weg vor sich. Schuld daran sind nicht nur die hohen Preise der elektrisch angetriebenen Fahrzeuge oder ihre geringen Reichweiten. Zuletzt brachten brennende Lithium-Ionen-Akkus im Chevrolet Volt , dem baugleichen Bruder des Opel Ampera, dem E-Antrieb negative Schlagzeilen – auch wenn der Skandal auf den zweiten Blick kein wirklicher ist. Die Akkus fingen nur deshalb Feuer, weil sie nach einem Crashtest nicht ordnungsgemäß entladen wurden; zudem konnte die schwelende chemische Reaktion erst Tage nach dem Crash das Feuer entfachen. Das Feuer-Risiko für die Insassen bleibt also gering. Dennoch modifizierte der Autokonzern General Motors (GM), zu dem Chevrolet und Opel gehören, das Batteriepaket des Hybridfahrzeugs.

Doch schon bald könnte der nächste Schlag auf die Stromer-Branche zukommen. Denn wie sieht es mit der Haltbarkeit der Batterien aus? Jeder Besitzer eines Handys oder Laptops weiß, dass die Kapazität des Akkus irgendwann merklich nachlässt. Dass Hersteller wie Daimler, VW oder BMW mit der Markteinführung ihrer Elektroautos und Plug-In-Hybride so lange zögern und zuerst Testflotten auf die Straße schicken, dürfte auch mit der Unsicherheit hinsichtlich der Lebensdauer zu tun haben.

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Andere Hersteller gehen mit dem Thema forscher um. Allen voran Toyota – kein Autohersteller hat mehr Erfahrung in der Batterieproduktion. Für die erste Generation des Hybridautos Prius wurde schon 1996 ein Joint-Venture mit Panasonic gegründet. Seitdem wurden vier Millionen Batteriepakete produziert. 80 Prozent aller weltweit eingesetzten Nickel-Metallhydrid-Batterien (NiMH), wie sie im Prius verbaut werden, kommen aus Fabriken in Kosai im Bezirk Shizuoka. Sogar Hybridmodelle von GM fahren mit diesen Akkus.

Simulationsverfahren zur Lebensdauer fehlen

Auch wenn Plug-In-Hybride wie der Volt/Ampera oder Toyotas Prius Plug-In sowie rein batteriebetriebene Autos wie der Nissan Leaf inzwischen leistungsfähigere Lithium-Ionen-Akkus an Bord haben: NiMH-Akkus haben noch lange nicht ausgedient. Für sie spreche neben den geringeren Herstellungskosten die hohe Lebenserwartung, sagt Toyotas Chefingenieur Satoshi Ogiso. "Unsere Datenbasis zeigt, dass es mit der Zeit zwar eine leichte Reduktion der Kapazität gibt, die macht sich aber in der Leistung nicht bemerkbar."

Der Batterie-Experte Werner Tillmetz vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) in Ulm erklärt, wie Toyota die Nutzungsdauer verlängert: "Die NiMH-Batterie hat bei hohen Lade- und Entlade-Hüben Probleme, deshalb wird sie nur über einen kleinen Bereich be- und entladen. Meist nutzt man nur zehn Prozent der Batteriekapazität." Das mache die Batterie zwar teurer, erhöhe aber Lebensdauer und Zuverlässigkeit.

Bei Lithium-Ionen-Akkus kann man laut Tillmetz zwar deutlich mehr Kapazität nutzen, aber "auch hier gilt es die Schwächen der Batterie zu berücksichtigen". Der Fachmann, in dessen Institut Akkus auf ihre Haltbarkeit und Sicherheit getestet werden, betont, dass man über die Haltbarkeit von Lithium-Ionen-Akkus im Auto derzeit nur begrenzt Aussagen machen könne. Es fehlten Erfahrung mit der Lithium-Ionen-Technik im Automobilbereich und daraus entwickelte Prüfverfahren, die die Lebensdauer simulieren.

Leserkommentare
  1. Baut die Systeme so, dass die Akkus nicht nur in einen einzigen Fahrzeugtyp passen, sondern auch in möglichst viele andere - auch die anderer Hersteller.
    Aber auf keinen Fall so, dass man nach fünf Jahren Fahrzeit ein Elektroauto verschrotten muss, weil es dafür keine passenden Akkumulatoren mehr gibt!!!

    2 Leserempfehlungen
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    Nach wie vor wird auf ex und hopp hingearbeitet. Das bedeutet, entweder das Auto überlebt die Batterie, dann kann man sich eventuell eine neue Batterie kaufen, die zu dem Zeitpunkt vielleicht passt oder aber die Batterie überlebt das Auto, dann kann man Beides verschrotten, denn eine ausgelutschte Batterie wird wohl keiner gerne weiter nutzen.

    Einzige Lösung ist Wasserstoff!

  2. Nach wie vor wird auf ex und hopp hingearbeitet. Das bedeutet, entweder das Auto überlebt die Batterie, dann kann man sich eventuell eine neue Batterie kaufen, die zu dem Zeitpunkt vielleicht passt oder aber die Batterie überlebt das Auto, dann kann man Beides verschrotten, denn eine ausgelutschte Batterie wird wohl keiner gerne weiter nutzen.

    Einzige Lösung ist Wasserstoff!

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    • Fuji
    • 20. Januar 2012 15:17 Uhr

    ... Wasserstoff. Auch wenn das die H2-Enthusiasten immer wieder Gebetsmühlenartig wiederholen.

    Ein E-Auto mit Akku ist mit Vorkette der Energiebereitstellung ca. 2-4 mal so effizient wie ein H2-Auto.

    Und sobald die Kohlenstofftoleranten Brennstoffzellen wie z.B. die SOFC weiter entwickelt sind, ist H2 entgültig tot.

    Auch und nebenbei:

    Selbstverständlich wird die "ausgelutschte" Batterie weiter genutzt. Die Betreiber von WKA und PV-Anlagen reiben sich schon jetzt die Hände günstig an Hochleistungsakkus zu kommen. Genau diese Zweitverwertung wird in den betreffenden Branchen schon längst diskutiert.

    Darüber hinaus dürften die Akkus nach 5 Jahren um ca. 30-40% besser sein als zum Kaufdatum. Entsprechend einfach sollte es sein zwecks Austausch selbst Herstellerfremde Akkusätze zu bekommen die in jedes Auto passen.

    Sie denken so eine Brennstoffzelle hält ewig?

    Ich wünsche viel Glück.

    • jojocw
    • 20. Januar 2012 14:32 Uhr

    Das ist das Problem von politisch verordneter Wirtschaft.

    Ähnlich wie beim EEG und dem Atomausstieg.

    Man kann halt eine Technik nicht durch Politik herbeireden.
    So wird sie jetzt halt halbfertig unters Volk gebracht.

    Wenn die E-Technik beim Auto bezahlbar und ausgereift wäre bzw. ist, dann hätte sie sich schon selber am Markt durchgesetzt, bzw. wird sie sich am Markt durchsetzen. Vorher nicht.

    Oder, wenn sie bezahlbar

    4 Leserempfehlungen
  3. Ein 22kWh-Akku wie im Fluence hat sich bei 80€ Miete im Monat nach meiner Schätzung in etwa 5 Jahren amortisiert, bei den heutigen Akkupreisen.
    Offensichtlich hat Renault gute Gründe anzunehmen, dass die Akkus wesentlich länger leben und sie danach noch etliche Jahre die Mieteinnahmen als Gewinn verbuchen können.
    Noch besser: in 8-10 Jahren sind Akkus viel billiger als heute, d.h. wenn Renault dann für einen Austauschakku gleicher Kapazität die gleiche Mietgebühr weiterverlangen würde, wäre das ein richtig gutes Geschäft für sie!
    Für den Kunden leider weniger...

    Positiv am Leasingmodell ist, dass der Anbieter ein Interesse an möglichst langlebigen Akkus hat und keine "Wegwerfakkus" einbauen wird. Bei vielen Handys, MP3-Playern, Laptops und auch manchen Pedelecs liegt angesichts der kurzen Lebensdauern der Verdacht nahe, dass genau das der Fall ist.

    Allerdings sollten sich die Kunden die Miet- bzw. Leasingverträge für die Akkus SEHR genau durchlesen!
    Vor etwa 10-15 Jahren hatten viele Besitzer von PSA-Elektroautos, die ihre NiCd-Akkus nur gemietet hatten, das Problem dass ihnen die Mietverträge nicht verlängert bzw. gekündigt und die Akkusätze einfach ausgebaut wurden.
    Der Rest war dann, da es keine adäquaten Ersatzakkus gab, natürlich praktisch wertlos.
    Heute lassen sich solche Autos relativ einfach auf Li-Akkus umbauen, z.B. http://www.elektroauto-fo... (nein, ist nicht meiner und ich kenne auch den Anbieter nicht).

    • Fuji
    • 20. Januar 2012 15:17 Uhr

    ... Wasserstoff. Auch wenn das die H2-Enthusiasten immer wieder Gebetsmühlenartig wiederholen.

    Ein E-Auto mit Akku ist mit Vorkette der Energiebereitstellung ca. 2-4 mal so effizient wie ein H2-Auto.

    Und sobald die Kohlenstofftoleranten Brennstoffzellen wie z.B. die SOFC weiter entwickelt sind, ist H2 entgültig tot.

    Auch und nebenbei:

    Selbstverständlich wird die "ausgelutschte" Batterie weiter genutzt. Die Betreiber von WKA und PV-Anlagen reiben sich schon jetzt die Hände günstig an Hochleistungsakkus zu kommen. Genau diese Zweitverwertung wird in den betreffenden Branchen schon längst diskutiert.

    Darüber hinaus dürften die Akkus nach 5 Jahren um ca. 30-40% besser sein als zum Kaufdatum. Entsprechend einfach sollte es sein zwecks Austausch selbst Herstellerfremde Akkusätze zu bekommen die in jedes Auto passen.

    Eine Leserempfehlung
    Antwort auf "Appell....."
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    Also ich vermute mal sie meinen damit technischen Fortschritt in Bezug auf die Energiedichte, das halte ich für zu hoch.

    Es ist doch nicht so, dass die Li Ionen Technik wirklich neu wäre. In den letzten 15 Jahren wurden laut Science durchschnittliche Verbesserungen (der Energiedichte) von 5% p.a. erzielt, das wären ca. 30% in 5 Jahren. Aber je näher man dem theortischen Maximum kommt, desto schwerer werden Verbesserungen, das Gesetz des fallenden Grenznutzens greift hier halt auch. Von daher wäre es erstaunlich, wenn sich das Tempo halten liesse.

    Ich würde eher schätzen, dass es eine ganz neue Batterieart braucht, damit die Akkus die notwendigen Leistungsdaten bringen. Vielleicht Lithium-Schwefel oder Lithium-Luft? Könnte auch auf eine optimierte Redox-Flow oder gar Aluminium-Luft rauslaufen, aber das sind alles Konzepte, die noch in der Grundlagenforschung sind

    • Zack34
    • 21. Januar 2012 15:34 Uhr

    ... Zitat: "Ein E-Auto mit Akku ist mit Vorkette der Energiebereitstellung ca. 2-4 mal so effizient wie ein H2-Auto."

    ist ohne Angaben der Art der Energiebereitstellung (sowie der Art und Weise wie H2 zum Einsatz kommt) auch keiner, selbst wenn er gebetsmühlenartig wiederholt wird.

    • Karl63
    • 20. Januar 2012 15:55 Uhr

    Die etablierte (Deutschen) Hersteller haben bei der Erforschung der Praxistauglichkeit rein elektrisch angetriebener PKW immer noch einen Entwicklungs- und Wissensrückstand.
    Toyota setzt in den Hybridfahrzeugen seit mehr als einem Jahrzehnt Akkus ein. Diese Fahrzeuge werden u.a. in den USA und Australien als Taxi eingesetzt. Von daher gibt es auch im Alltag belegte Aussagen darüber, wie lange der Akku in so einem Fahrzeug den halten kann. Was dabei an Zahlen genannt wird (http://www.zercustoms.com...) zeigt eigentlich nur, dass es den Ingenieuren von Toyota gelungen ist, bezüglich der begrenzten Lebensdauer des Akku eine optimale Lösung zu finden.
    Gewiss ist dies mit einem rein elektrisch angetriebenen Fahrzeug nicht direkt vergleichbar, aber die im Moment angebotenen Fahrzeuge werden immer noch in sehr kleinen Mengen hergestellt. Eine entsprechend große Stückzahl wird auch bei Hochleistungsakkus für Elektrofahrzeuge den Preis entsprechend drücken. Wenn eine Entsprechende Menge solcher Akkus (gebraucht) anfällt, dann ergeben sich auch ganz andere Perspektiven hinsichtlich Recycling. In Zukunft wird dann derjenige das Geschäft machen, der den optimalen Kompromiss aus Lebensdauer des Akku und optimaler Wiederverwertbarkeit anbieten kann. Selbstverständlich wird es dabei einer Standardisierung bedürfen.

    3 Leserempfehlungen
  4. Also ich vermute mal sie meinen damit technischen Fortschritt in Bezug auf die Energiedichte, das halte ich für zu hoch.

    Es ist doch nicht so, dass die Li Ionen Technik wirklich neu wäre. In den letzten 15 Jahren wurden laut Science durchschnittliche Verbesserungen (der Energiedichte) von 5% p.a. erzielt, das wären ca. 30% in 5 Jahren. Aber je näher man dem theortischen Maximum kommt, desto schwerer werden Verbesserungen, das Gesetz des fallenden Grenznutzens greift hier halt auch. Von daher wäre es erstaunlich, wenn sich das Tempo halten liesse.

    Ich würde eher schätzen, dass es eine ganz neue Batterieart braucht, damit die Akkus die notwendigen Leistungsdaten bringen. Vielleicht Lithium-Schwefel oder Lithium-Luft? Könnte auch auf eine optimierte Redox-Flow oder gar Aluminium-Luft rauslaufen, aber das sind alles Konzepte, die noch in der Grundlagenforschung sind

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    • Fuji
    • 20. Januar 2012 17:10 Uhr

    .. Sie liegen falsch, was das "theoretische Maximum" angeht.

    Welches soll denn das sein? Bis ca. 300Wh/kg dürfte das mit der heutigen Zellchemie weiter gehen.

    Im übigen zählen die Lithium-Schwefel- und Lithium-Luft-Akkus selbstverständlich zu den Lithium-Akkus der beiden nächsten Generationen. Vor allem die LiS dürften innerhalb der nächsten 10 Jahre Einzug halten... die Hersteller erforschen bereits deren Chemie.

    Und vorher dürften die reinen E-Autos mangels Masse ohnehin kaum relevant sein... und die plugin-Vollhybriden mit relativ kleinem Akku stellen ohnehin kein Problem dar.

    In den letzten 15 Jahren wurden laut Science durchschnittliche Verbesserungen (der Energiedichte) von 5% p.a. erzielt, das wären ca. 30% in 5 Jahren.

    Keine Ahnung wie "Science" das berechnet haben will, aber meines Wissens nach hatten die ersten kommerziellen 18650-Zellen eine Kapazität von 1,1Ah.
    Mittlerweile gibt es diese Zellengröße bei ebay mit einer Kapazität von 4Ah zu kaufen, und nicht mal besonders teuer.

    Daraus errechnet sich für mich eine Steigerung zumindest der volumetrischen Energiedichte von fast 400%.
    Leider habe ich gerade keine Zeit zu recherchieren wann genau die ersten 18650 auf den Markt kamen, aber mehr als 25 Jahre kann das nicht her sein.

  5. Ist ja, in wie weit die Batterien sich überhaupt nach deren Lebensende recycln lassen. Wenn nicht produzieren wir gigantische bestände an hochtoxischen Mülllagern, und nach 10 weitern Jahren ists gänzlich mit Batterienachschub vorbei. In dem fall wären autos mit Hz oder Windgas evtl doch besser ?
    Ohnehin betehen zweifel an der realisierbarkeit von Mobilität in heutiger menge.

    Eine schöne berechnung die ich gesehen habe hat mal spaßeshalber berechnet, wie groß die Solarzellenfläche einschließlich aller umwandlungsverluste sein müsste um unsere heutige Autoflotte mit zb. brennstoffzellen weiter zu betreiben.. Ergebnis, 1,5 x die Fläche des Saarlandes. Alleine um die dafür notwendige Menge hochreinen Siliziums herzustellen , so folgerte er, bräuchte die heutige Weltproduktionskapazität an Silizium 108 Jahre.

    Um die Gesamte Weltenergieversorgung zu sichern wären das dann mal entspannte 1900 Jahre..

    Sooo einfach, das kann man sehen wird der übergang ins nachfossile Zeitalter nicht werden. Um so erschreckender mit wie wenig nachdruck in EE invesiert wird. Denn der Peak Oil wird sicher nicht erst in 108 Jahren stattfinden..

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    • Fuji
    • 20. Januar 2012 17:28 Uhr

    ... kurz nachzurechnen:

    Saarland: ca. 2.570 km2 x 1,5 = 3.800 km2

    PV-Modul (poly-k, @95Wp/m2): ca. 95MWp/km2

    Macht also ca. 361GWp

    Das entspricht der dreifachen Leistung der heute in Deutschland installierten fossilen/atomaren Leistung... natürlich nur "peak".

    Betrachten wir aber mal die Energie:

    1kWp erzielt bei optimaler Ausrichtung in Deutschland im Mittel ca. 900kWh, d.h. 1GWp bringt ca. 900GWh.

    Macht also ca. 327.600GWh (327,6 TWh).

    Berücksichtig man, dass die Effizienz von H2-Brennstoffzellenantriebe inkl. Vorkette ca. 25% beträgt und der Bedarf für ca. 40 Mio. E-Autos ca. 70-100TWh sind, kann man sagen:

    Die Angabe ist korrekt!

    Glücklicherweise sind E-Autos ca. 2-4 mal effizienter als H2-Antriebe, inkl. Vorkette. Auch ist das Recycling der Li-Akkus kein großes technisches Problem.

    wie weit die Batterien sich überhaupt nach deren Lebensende recycln lassen. Wenn nicht produzieren wir gigantische bestände an hochtoxischen Mülllagern

    Was ist denn an den aktuellen Li-Akkus, z.B. LiCo und LiFePO4, "hochtoxisch"?
    Tatsächlich giftige Schwermetalle wie Blei oder Cadmium sind jedenfalls keine enthalten.

    Die hier beschriebene Demonstration würde ich zwar nicht empfehlen zu Hause zu wiederholen
    http://green.autoblog.com...
    aber jedenfalls ist von bleibenden Schäden nichts bekannt.

    "Hochtoxisch" sieht für mich anders aus:
    http://www.zeit.de/wissen...

    Das heißt natürlich, dass wir auf Recycling verzichten und die Akkus einfach auf der Deponie "entsorgen" sollten, wie es idiotischerweise lange Jahre mit NiCd-Akkus passiert ist.
    Für eine gesicherte Lithium-Versorgung ist Recycling unbedingt notwendig.
    http://www.ifa.tu-clausth...
    http://www.technologyrevi...
    http://www.toxco.com/proc...

    ... ist ähnlich zuverlässig wie Horoskope und Kaffeesatzleserei.

    Alleine um die dafür notwendige Menge hochreinen Siliziums herzustellen , so folgerte er, bräuchte die heutige Weltproduktionskapazität an Silizium 108 Jahre.

    Schöne Rechnung, aber ich wette sie basiert auf der NOCH dominierenden Technologie zur Waferproduktion: 50% Si-Verlust beim Sägen, Slurry wird nicht wiederverwertet, Waferdicke ~200 Mikrometer.

    Seit kurzem gibt es erste Firmen, die die Sägerückstände doch wiederverwerten können.
    In naher Zukunft werden Wafer auch nicht mehr gesägt sondern verlustfrei mittels Protonenstrahlen getrennt, so sind wesentlich dünnere Wafer um 50 Mikrometer möglich.
    http://www.photon.de/pres...
    http://www.solardaily.com...

    Damit würden sich, alleine durch die 8fach bessere Si-Ausnutzung, die so toll berechneten 108 Jahre auf 13,5 Jahre reduzieren - ohne jegliche sonstige technische Weiterentwicklung z.b. beim Wirkungsgrad.

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  • Quelle ZEIT ONLINE
  • Schlagworte BMW | Toyota | Chevrolet | Lithium-Ionen-Akku | Panasonic | Elektromobilität
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