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    E-Auto-Batterien: Aufbau und Funktion

Chancen, Risiken und Forschung rund um das Elektroauto

Im Gegensatz zu herkömmlichen Autos mit Verbrennungsmotoren werden die Elektromotoren von E-Autos mit Strom betrieben. Dieser Strom wird in der E-Auto Batterie gespeichert, die nicht nur das teuerste Bauteil, sondern auch das absolute Herzstück jedes Elektroautos ist. Übrigens: Egal ob von Batterie (Oberbegriff für Energiespeicher) oder Akku (wiederaufladbarer Energiespeicher) die Rede ist: beide Begriffe werden im Elektroauto-Bereich synonym verwendet.

Generell gilt: Je mehr Leistung ein E Auto Akku bringen soll, desto teurer ist er auch. Doch wie ist so eine E-Auto Batterie aufgebaut? Und wie wird der Strom für den Motor erzeugt? Wir sagen´s Ihnen!

Aufbau der E-Auto Batterie

Der Akku eines E-Autos besteht aus mehreren Modulen, die wiederum aus einzelnen Batteriezellen gebildet sind. Jede dieser Batteriezellen setzt sich aus einer Kathode und einer Anode zusammen – beide nennt man Elektronen.
Während die Kathode aus Lithium-Metalloxid besteht, setzt sich die Anode aus Grafit zusammen. Die Aufgabe der Kathode: Lithium-Ionen abgeben. Die Aufgabe der Anode: Lithium-Ionen aufnehmen. Je nach Batterie-Art sind die beiden Elektronen entweder von einer Elektrolytflüssigkeit umgeben, das ist bei Lithium-Ionen-Batterien der Fall, oder sind im Falle von Lithium-Polymer-Batterien von einem Gel aus Polymer-Kunststoff umhüllt. Sowohl die Flüssigkeit wie auch das Gel sind ein leitendes Medium. Zur Vermeidung von Kurzschlüssen werden Kathode und Anode durch einen Separator getrennt, der meist aus einer Folie aus Polymer oder Keramik besteht. Der Separator lässt nur Ionen passieren; Elektronen können nicht hindurch, sodass ein Kurzschluss im Zellinneren verhindert wird.

Wie funktioniert ein E-Auto?

Um die Funktionsweise von E-Autos zu verstehen, ist ein Blick auf die Bewegungsmechanismen von Kathoden und Anoden wichtig. Denn wird das E-Auto nicht benutzt, befinden sich mehr Elektronen an der Kathode als an der Anode, was eine elektrische Spannung erzeugt. Wird der Motor des E-Autos nun gestartet, dreht sich das Verhältnis um: die Elektronen wandern nun von der Kathode zur Anode, wodurch Strom erzeugt und für den Betrieb des Elektroauto-Motors zur Verfügung gestellt wird.
Der Elektromotor wandelt Strom also in Bewegungsenergie um und das -E-Auto fährt. Währenddessen fließen positiv geladene Lithium-Ionen von der Anode zur Kathode zurück. Da sie durch den Separator kommen müssen, wird die E-Auto Batterie Stück für Stück entladen. Der Aufladevorgang gelingt indes entgegengesetzt: dabei wandern nämlich keine Ionen, sondern Elektronen von der Anode zurück zur Kathode.

Wie hoch ist die Kapazität von E-Auto Batterien?

Ganz einfach gesagt: je größer die Batteriezellen sind und je mehr davon vorhanden sind, desto höher ist auch die Akkukapazität, wodurch mehr Strom gespeichert werden kann und die Reichweite des E-Autos steigt. Doch auch die Energiedichte, also die Menge an Energie, die in einem Kilogramm Material gespeichert werden kann, ist entscheidend für die Akku-Reichweite. Ist die Energiedichte hoch, wird weniger Material benötigt, wodurch wiederum mehr Platz für die Batteriezellen bleibt. So erhöhen sich Kapazität und Reichweite gleichermaßen.
Übrigens: Durch die Rekuperation, ein technisches Energierückgewinnungs-Verfahren, können Elektroautos ihre Reichweite weiter erhöhen.

Lithium-Ionen oder Lithium-Polymer: Welche Batterien in E-Autos verbaut werden

Es gibt verschiedene Batterie-Varianten in Elektroautos, meistens werden jedoch Batterien mit Lithium verbaut. Hier unterscheidet man Lithium-Ionen-Batterien von Lithium-Polymer-Batterien. Der Unterschied ist schnell erklärt: Eine Lithium-Ionen-Batterie besteht aus einer Elektrolytflüssigkeit, während eine Lithium-Polymer-Batterie ein Gel aus Polymer-Kunststoff enthält. Generell gilt: Lithium in E-Autos reagiert sehr stark, ist aber auch hochentzündlich, weshalb Batteriezellen stets luftdicht eingeschlossen werden müssen.
Batterien aus Lithium-Polymer können beliebig oft produziert werden und weisen eine höhere Energiedichte auf, sind aber in puncto Lade- und Temperaturmanagement anspruchsvoller zu händeln.

Vorteile von Lithium-Batterien:

  • haben ein geringeres Gewicht als andere Batterie-Varianten
  • bieten eine hohe Energiedichte
  • weisen eine lange Lebensdauer auf

Nachteile von Lithium-Batterien:

  • erweisen sich als teuer in der Produktion
  • erfordern ein aufwändiges Batteriemanagement und eine ständige Kühlung
  • enthalten Lithium und Kobalt, deren Gewinnung umwelt- und gesundheitsschädlich und oft in ungesicherten Minen erfolgt

E-Auto Batterie und Lebensdauer: So schonen Sie den Akku mit dem richtigen Laden

Tatsächlich lässt sich mit einigen Tipps und Tricks die Lebensdauer von E-Auto-Batterien erhöhen. So sollte der Akku beispielsweise nicht erst komplett entleert und dann geladen werden, weil das die Batteriezellen strapaziert. Und noch weitere Lade-Tipps schonen die Batterie:
  • achten Sie auf einen Ladestand, der zwischen 20 % und 80 % liegt
  • verbrauchen Sie etwas Energie, wenn der Akku komplett geladen ist
  • vermeiden Sie eine Tiefenentladung des Akkus und laden Sie ihn immer bei einem Ladestand von mindestens 20 %
  • halten Sie bei längeren Standzeiten einen Ladestand von 60 %
  • verzichten Sie, wenn möglich, auf Schnellladevorgänge, da diese den Akku stark belasten
  • laden Sie den Akku vorausschauend und langsam – beispielsweise über Nacht mit maximal 3,5 Kilowattstunden
  • laden Sie den Akku bei kalten Temperaturen direkt nach der Fahrt, da er dann nicht auskühlt und dadurch weniger strapaziert wird.

E-Auto Akku schonen mit Fahrweise

Auch die Fahrweise mit dem Elektroauto kann den Akku schonen:
  • vermeiden Sie ein starkes Beschleunigen und Abbremsen und fahren Sie stattdessen moderat
  • halten Sie die Wartungsintervalle und die jährlichen Inspektionstermine ein
  • halten Sie die Temperatur des Akkus so konstant wie möglich und achten Sie im Sommer auf schattige Plätze und im Winter optimalerweise auf einen Garagenplatz

Die Zukunft der E-Auto-Batterie und der Stand der Forschung

Die Forschung rund um Elektroautos und Batterien ist sehr rührig und bezieht die Produktion, das Material und die Batteriezellen, die Kühlung und die Ladung mit ein. Das Ziel: die Energiespeicher zukunftssicher machen! Derzeit wird deshalb an verschiedenen Batterie-Varianten geforscht, die aber noch nicht in E-Autos genutzt werden. Im Fokus stehen hier die Feststoffbatterie, die Redox-Flow-Batterie und die Natrium-Ionen-Batterie.

Die E-Auto Feststoffbatterie: kostengünstig und nicht entflammbar

Der Vorteil der Feststoffbatterie liegt klar auf der Hand: sie besteht nicht aus flüssigen Elektrolyten und ist deshalb nicht entflammbar. Hinzu kommen ein geringeres Gewicht und geringere Kosten. Derzeit sprechen noch der schnelle Kapazitätsverlust und die zu lange Ladedauer gegen eine tägliche Nutzung im Elektroauto. 

Redox-Flow-Batterie im Auto: unabhängige Kreisläufe als Lösung?

Bei der Redox-Flow-Batterie setzen Entwickler auf zwei voneinander unabhängige Kreisläufe, in denen flüssige Elektrolyte die galvanische Zelle in Form von Membranen passieren. Der Nachteil: Die Batterie müsste, um für den Antrieb eines E-Autos zu reichen, riesig sein, weshalb dieser Ansatz derzeit noch nicht als Energiespeicher in Frage kommt.

Natrium-Ionen-Akku im Auto: die nachhaltige Alternative?

Der Vorteil der Natrium-Ionen-Batterie für Mensch und Umwelt liegt auf der Hand, denn für deren Herstellung wird kein Kobalt benötigt. Zusätzlich ist Natrium nachhaltig. Das Potenzial für leistungsstarke Akkus ist hoch, aber die Energiedichte noch gering, weshalb auch hier die Forschung noch am Anfang steht.  

So wählen Sie die richtige E-Auto-Versicherung

Eine Kfz-Versicherung sollte immer auf das jeweilige Fahrzeug und die individuellen Bedürfnisse zugeschnitten sein. Das gilt besonders für E-Autos, deren Akkus extrem teuer sind und deshalb mitversichert werden sollten. Denn: hat der Akku einen Schaden, können die Kosten sehr schnell in die Höhe schießen.
Die E-Auto-Versicherung der Versicherungskammer Bayern deckt nicht nur generelle Schäden ab, sondern bietet auch Zusatzleistungen für den Akku, der über die Teil- oder Vollkaskoversicherung bei Beschädigungen durch Brand, Kurzschluss und Überspannung, sowie Tierbisse oder Diebstahl abgesichert ist.
Die Versicherung VollkaskoPLUS sichert auch Schäden durch Fehlbedienung des Akkus und fast alle anderen Risiken ab und versichert zusätzlich auch Wallboxen und Ladekabel mit.
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