Über die Batterien von Elektroautos

Im Laufe des letzten Jahrhunderts wurden benzin- oder dieselbetriebene Autos zum dominierenden Verkehrsmittel weltweit. Mit der Zeit wurden jedoch die Bemühungen zum Umweltschutz immer strenger und zwangen die Hersteller, die Emissionen zu reduzieren. So entstanden die Elektroautos. Diese funktionieren mit Hilfe von Elektrobatterien, über die wir heute sprechen werden.

Die Batterie ist das Herzstück eines Elektroautos. Im Gegensatz zu den Batterien herkömmlicher Autos (Benzin oder Diesel), deren Hauptaufgabe es ist, den Motor zu starten und den Betrieb von Zubehör wie Radio oder Klimaanlage zu gewährleisten, ist die Batterie eines Elektroautos dafür verantwortlich.

Die wichtigste Aufgabe besteht darin, den Elektromotor zu versorgen, was bedeutet, dass sie leistungsstark und langlebig sein muss und ein Fahren ohne häufiges Nachladen ermöglichen soll.

Wie funktioniert das?

Vollständig elektrische Autos (AEV) sind mit einem Traktionsmotor ausgestattet, der den Verbrennungsmotor ersetzt, der in Benzin- oder Dieselfahrzeugen verwendet wird. AEVs nutzen einen Akku (normalerweise eine Lithium-Ionen-Batterie), um die Elektrizität zu speichern, die den Motor startet und das Auto in Bewegung setzt.

Beim Aufladen bewegen sich Lithium-Ionen von der positiven Elektrode durch den Elektrolyten zur negativen Elektrode. Dort verbleiben die Lithium-Ionen, bis die Batterie reaktiviert wird. Sobald das Auto gestartet ist, beginnen die Lithium-Ionen, sich durch den Elektrolyten von der negativen zur positiven Elektrode zu bewegen.

Dieser Prozess erzeugt die Energie, die benötigt wird, um die Batterie und anschließend den Motor anzutreiben und das Auto zu bewegen. Wenn das Auto anhält, hören die Ionen fast auf, durch den Elektrolyten zu bewegen. Wenn alle Lithium-Ionen zur positiven Elektrode migrieren, entlädt sich die Batterie und das Auto stoppt.

Bei Plug-in-Hybridautos wird der elektrische Traktionsmotor von einer Traktionsbatterie angetrieben, ähnlich dem Prozess in voll elektrischen Autos. Der Hauptunterschied besteht darin, dass die Batterie außerdem mit einem Verbrennungsmotor ausgestattet ist.

Diese Fahrzeuge betreiben mit Elektrizität, bis die Batterie erschöpft ist, danach wechseln sie zu Kraftstoff. Die Batterie, normalerweise Lithium-Ionen, kann von einer Ladestation aus aufgeladen werden, durch regeneratives Bremsen oder unter Verwendung eines Verbrennungsmotors.

Arten von Elektrobatterien

Lithium-Ionen-Batterien

Die am häufigsten in Elektroautos verwendeten Batterien sind Lithium-Ionen-Batterien. Sie haben ein hohes Leistungs-/Gewichtsverhältnis, hohe Energieeffizienz und hohe Leistung bei hohen Temperaturen.

In der Praxis bedeutet dies, dass diese Batterien im Verhältnis zu ihrem Gewicht viel Energie produzieren, was für Elektroautos von entscheidender Bedeutung ist: Ein geringeres Gewicht bedeutet, dass das Auto mit einer einzigen Ladung mehr Kilometer zurücklegen kann.

Lithium-Ionen-Batterien haben eine geringe Selbstentladungsrate, was bedeutet, dass sie eine hohe Fähigkeit haben, die Ladung über die Zeit zu halten. Zudem sind die meisten Bestandteile von Lithium-Ionen-Batterien recycelbar, was sie zu einer umweltfreundlichen Wahl macht. Dieser Batterietyp wird sowohl in vollständig elektrischen als auch in Plug-in-Hybridautos eingesetzt.

Nickel-Metallhydrid-Batterien

Sie werden häufig in elektrischen Hybridautos eingesetzt, aber auch in einigen vollständig elektrischen Fahrzeugen. Elektrische Hybridautos werden nicht von einer externen Ladestation aufgeladen, sondern nutzen Kraftstoff, um die Batterie aufzuladen, was sie technisch nicht elektrisch macht.

Nickel-Metallhydrid-Batterien haben eine längere Lebensdauer als Lithium-Ionen- oder Blei-Säure-Batterien. Sie sind außerdem sicher und stoßfest. Das Hauptproblem bei diesem Batterietyp sind die hohen Kosten, die hohe Selbstentladungsrate und die Tatsache, dass sie bei hohen Temperaturen viel Wärme erzeugen. Diese Aspekte verringern ihre Effizienz für aufladbare Elektrofahrzeuge, weshalb sie hauptsächlich in elektrischen Hybridautos verwendet werden.

Blei-Säure-Batterien

Sie werden derzeit in Elektroautos verwendet, um andere Batterieladungen zu ergänzen. Diese Batterien haben eine hohe Leistung, sind wirtschaftlich, sicher und zuverlässig. Nachteile sind die kurze Lebensdauer und die schlechten Leistungen bei niedrigen Temperaturen, was die Nutzung in Elektrofahrzeugen erschwert.

Lebensdauer

Elektrobatterien durchlaufen Zyklen der Entladung, die während der Fahrt auftreten, und des Aufladens, wenn das Auto angeschlossen ist. Mit der Zeit beeinflusst dieses wiederholte Vorgehen die Ladefähigkeit der Batterie, was die Reichweite und die Zeit zwischen den Ladevorgängen verringert. Die meisten Hersteller bieten eine Garantie von 5 bis 8 Jahren für Elektrobatterien, aber es wird erwartet, dass sich die Lebensdauer in Zukunft auf 10 bis 20 Jahre erhöhen wird.

Reichweite und Kapazität

Ähnlich wie herkömmliche Autos größere oder kleinere Kraftstofftanks haben, sind Lithium-Ionen-Batterien für Elektroautos in verschiedenen Größen erhältlich. Anstatt von Litern Kraftstoff wird ihre Kapazität in Kilowattstunden (kWh) gemessen. Eine typische 40-kWh-Batterie kann ausreichen, um 250 Kilometer zu fahren, während die Tesla-Batterie mit 100 kWh (die derzeit größte verfügbare) bis zu 600 Kilometer erreichen kann.

Vorteile von Elektrobatterien

Einer der offensichtlichen Vorteile von Elektrobatterien ist, dass sie nicht so hohe Verschmutzungswerte produzieren wie Verbrennungsmotoren. Elektrobatterien verwenden kein Benzin oder Diesel, was zu niedrigeren Kosten führt.

Es wird geschätzt, dass die Stromkosten pro Kilometer bei Elektroautos etwa ein Drittel der Benzin-/Dieselkosten pro Kilometer für das gleiche Fahrzeugtyp betragen.

Zudem haben Elektrobatterien eine sehr effiziente Methode, Energie während des Betriebs zu speichern und zu behalten. Die Batterie schaltet sich ab, wenn das Auto stillsteht, um Energie zu sparen, und während des Bremsens lädt sich die Batterie auf.

Nachteile von Elektrobatterien

Elektrobatterien haben auch Nachteile, die noch nicht gelöst sind. Erstens, obwohl sie umweltfreundlich sind, sind Elektrobatterien nicht emissionsfrei. Tatsächlich produzieren sie keine Abgase, aber sie setzen schädliche Treibhausgase während des Produktionsprozesses der Batterie frei. Zudem sind die Herstellungskosten von Elektrobatterien recht hoch.

Schlussfolgerungen

Derzeit sind Elektrobatterien noch nicht die populärste Wahl, aber wenn sie effizienter, wirtschaftlicher und leichter zu recyceln werden, könnten sie die weltweit am häufigsten verwendeten Batterien werden.

Quelle der Fotos: theatlantic.com, imeche.org, en.wikipedia.org, superspeed.tv, ft.com