E-Auto-Akku: Das Herzstück des E-Autos erklärt

Inhalt

• Herstellung eines E-Auto-Akku – so funktioniert’s
• Kapazität, Lebensdauer und Co.: Das leistet ein E-Auto-Akku
• Tausch, Recycling, Entsorgung: Was tun mit einem alten E-Auto-Akku?
• E-Auto-Akku tauschen: Kosten, Vorgehen und Co.
• Fazit: Ein moderner E-Auto-Akku ist leistungsstark und robust

Herstellung eines E-Auto-Akku – so funktioniert’s

Die Autoindustrie unterzieht sich seit geraumer Zeit einem Wandel: weg von kraftstoffbetriebenen Autos und hin zur Elektromobilität. Das Ziel ist es, mithilfe von E-Mobilität deutlich weniger schädliches CO2 zu produzieren, als es mit kraftstoffbetriebenen Autos der Fall ist. Doch wie funktioniert der Akku eines E-Autos?

E-Auto-Akku: So funktioniert der Stromspeicher

Als Kraftzentrum und Energiezentrum ist der Akku eines E-Autos unerlässlich. Anders als eine herkömmliche Batterie ist ein E-Auto-Akku fähig, Energie aufzunehmen und zum gewünschten Zeitpunkt wieder abzugeben – dies funktioniert für viele Wiederholungen und Ladezyklen. Der Elektromotor des E-Autos spielt hierbei ebenso eine entscheidende Rolle: Er wandelt die elektrische Energie in Bewegungsenergie um.

Heutzutage werden in den meisten E-Autos Lithium-Ionen-Akkus verwendet. Sie bestehen aus vielen verschiedenen Einzelteilen, die zu Modulen zusammengeschaltet werden und so fähig sind, den Strom zu speichern und wieder abzugeben. Die Zellen des Akkus verfügen über eine negativ geladene Elektrode, die Anode, die meist aus Grafit besteht, und eine positiv geladene Elektrode, die Kathode, die aus einem Lithium-Metalloxid besteht.

Bewegliche Lithium-Ionen, die in der Kathode eingelagert sind, bewegen sich während des Ladevorgangs zur Anode. Sobald das Auto fährt und sich der Akku entlädt, wandern die Ionen von der Anode über den Elektrolyten wieder zurück in das Metalloxid der Kathode. Der Elektrolyt ist eine Substanz, die durch elektrische Leitfähigkeit die Beweglichkeit der Ionen sicherstellt.

Umweltbilanz eines E-Autos: Warum der E-Auto-Akku hinterfragt wird

E-Autos verursachen beim Fahren zwar keine lokalen Emissionen und Schadstoffe, wie es bei kraftstoffbetriebenen Autos der Fall ist, jedoch wird auch beim E-Auto die Umweltbilanz hinterfragt. Grund dafür ist der E-Auto-Akku: Bei der Herstellung eines E-Autos verbraucht die Produktion des Akkus die meiste Energie und verursacht den stärksten CO2-Abdruck. Doch wie kommt das?

Bei der Herstellung des E-Auto-Akkus werden beispielsweise folgende Rohstoffe verwendet:

• Nickel
• Kobalt
• Lithium
• Mangan
• Grafit

Der Abbau dieser Rohstoffe findet zum Teil in Chile und im Kongo statt – dabei kommt es streckenweise zu Umweltschädigungen.

Ein Beispiel ist hier der Lithium-Abbau: Lithium-Salze finden sich vor allem in ausgetrockneten Salzseen wieder. Unter der getrockneten Oberfläche finden sich Wasserschichten mit enorm hoher Salzkonzentration. Das Wasser wird an die Oberfläche gepumpt und dann bewusst in großen Becken verdunstet. Im Anschluss wird das Lithiumkarbonat mit Hilfe chemischer Methoden von den anderen Mineralien getrennt. Sobald das Salzwasser an die Oberfläche gepumpt wurde, startet der eigentliche Schaden für die Umwelt: Es fließt Grundwasser aus der Umgebung nach und ersetzt das hochgepumpte Salzwasser. Vor allem indigene Völker leiden unter dem Lithium-Abbau.

Einige Hersteller reagieren mittlerweile und versuchen, mit Rohstoff-Alternativen zu arbeiten: Erprobt werden zum Beispiel Herstellungsverfahren mit Kunststoff, Schwefel oder Magnesium. Vorreiter dabei ist China: 2020 kamen die ersten kobaltfreien LFP (Lithium-Eisenphosphat)-Akkus auf den chinesischen Markt. Tesla bietet die Technologie mittlerweile im Tesla Model 3 an und sowohl Mercedes als auch VW planen zukünftig die Nutzung kobaltfreier Akkus.

Kapazität, Lebensdauer und Co.: Das leistet ein E-Auto-Akku

Wer ein E-Auto fährt, möchte in der Regel trotzdem nicht auf eine gewisse Reichweite verzichten, die mit einem kraftstoffbetriebenen Auto meist gegeben ist. Kapazitäten und Lebensdauer eines E-Auto-Akkus können sich je nach Modell unterscheiden. Auch besteht die Möglichkeit, dass der E-Auto-Akku im Laufe der Nutzungsdauer ausgetauscht und recycelt oder entsorgt werden muss.

Lebensdauer eines E-Auto-Akku

Die Lebensdauer eines E-Auto-Akkus liegt bei etwa acht bis zehn Jahren, mehreren Tausend Ladezyklen und im Schnitt mindestens 160.000 Fahrkilometern. Auch nach diesem Zeitraum muss der Akku aber nicht gleich vollständig funktionsunfähig sein – die Zeitspanne zeigt lediglich auf, ab welchem Zeitpunkt der Akku eine Ladekapazität von weniger als 70 Prozent aufweisen könnte.

Um sicherzustellen, dass die teuren E-Auto-Akkus so lange wie möglich gute Leistung erbringen, sind sie mit einem intelligenten Batteriemanagement ausgestattet. Das bedeutet, dass die Spannung und Temperatur einer jeden einzelnen Akkuzelle ständig überprüft und gemessen werden. So lassen sich Überhitzung oder Unterkühlung und damit einhergehend Leistungseinbußen verhindern. Die meisten E-Auto-Hersteller haben sich aktuell auf eine Akkugarantie von acht Jahren beziehungsweise bis zu 160.000 Fahrkilometern geeinigt.

Durch folgende Maßnahmen lässt sich die Lebensdauer eines E-Auto-Akkus zusätzlich aktiv verlängern:

1. Das E-Auto sollte bei hohen Temperaturen im Kühlen abgestellt und bei niedrigen Temperaturen geschützt gelagert werden, um den Akku vor hohen Temperaturschwankungen zu schützen.
2. Eine komplette Entladung oder Vollladung gilt es zu vermeiden. Ein E-Auto-Akku funktioniert im täglichen Gebrauch am besten bei einer Ladung zwischen 10 und 80 Prozent.
3. Vorausschauendes Fahren schon den Akku: Bei kaltem Akku sollte beispielsweise nicht stark beschleunigt werden.

Kapazität eines E-Auto-Akkus

In den acht bis zehn Jahren Lebensdauer eines E-Auto-Akkus lassen sich in der Regel bis zu 200.000 Kilometer fahren. Auch für Vielfahrer lohnt sich die Investition in ein E-Auto also mittlerweile. Die Reichweite eines Autos mit einer vollen Akkuladung variiert je nach Hersteller zwischen 120 bis 500 Kilometer. Je nach Alter der Batterie, Wetterverhältnissen und Fahrstil können die Werte schwanken.

Vor allem bei längeren Strecken gilt es unbedingt die Ladedauer des E-Auto-Akkus zu beachten. Abhängig von der Art der Ladestation und des E-Auto-Modells kann die vollständige Ladung des Akkus wenige Stunden bis zu ein oder zwei Tage beanspruchen.

Tausch, Recycling, Entsorgung: Was tun mit einem alten E-Auto-Akku?

Wer ein E-Auto besitzt, muss sich früher oder später mit dem Tausch und der Entsorgung oder Recycling des E-Auto-Akkus auseinandersetzen. Nach etwa acht bis zehn Jahren erreicht ein durchschnittlicher E-Auto-Akku nur noch eine Ladekapazität von 70 Prozent. Für den Gebrauch im E-Auto wird die Batterie nun also langsam zu schwach. Die Konsequenz daraus ist aber nicht, den Akku wegzuschmeißen.

Das zweite Leben eines E-Auto-Akkus

Nach der Nutzung des Akkus in einem E-Auto besteht die Möglichkeit, den E-Auto-Akku im stationären Betrieb weiter zu verwenden. Da meist noch bis zu 70 Prozent Ladekapazität vorhanden sind, kann der Akku so im besten Fall noch einmal zehn bis 12 Jahre genutzt werden. Im stationären Betrieb erfolgt ein weitaus gleichmäßigeres Laden und Entladen des Akkus, was diesen schont und sich so positiv auf die Lebensdauer auslegt. Nach vollständiger Beanspruchung muss ein E-Auto-Akku also erst nach circa 20 Jahren entsorgt werden.

Recycling eines E-Auto-Akkus

Statt den E-Auto-Akku vollständig zu entsorgen, lassen sich im Recyclingprozess wertvolle verbaute Rohstoffe aus dem ausgedienten Akku rückgewinnen. Vor allem die Rohstoffe Kobalt, Mangan, Nickel, Graphit und Lithium sind hier interessant zur weiteren Nutzung. Eine EU-Richtlinie legt zusätzlich fest, dass die Autohersteller mindestens 50 Prozent des Akkugewichts wiederverwerten müssen.

Laut Studien des Ifeu-Instituts befinden sich in einem circa 400 Kilogramm schweren Akku mit 50 Kilowattstunden Kapazität ungefähr:

• 12 Kilogramm Kobalt
• 11 Kilogramm Mangan
• 12 Kilogramm Nickel
• 33 Kilogramm Graphit
• 4 Kilogramm Lithium

Beim Recyclingprozess selbst lassen sich verschiedene Verfahren anwenden:

1. Thermisches Aufschmelzen

Beim thermischen Aufschmelzen werden die Batteriezellen eingeschmolzen. Durch unterschiedliche Siedepunkte der Materialien lassen sie sich anschließend leicht voneinander trennen. Die Rohstoffe Kobalt und Nickel können bei diesem Verfahren bis zu 95 Prozent wiedergewonnen werden.

Der Nachteil des thermischen Aufschmelzens: Die Rohstoffe Aluminium und Graphit lassen sich wiedergewinnen. Weiterhin entstehen beim Prozess der Schmelzung hochgiftige Gase und die eingeschmolzenen Akkureste müssen wie Atommüll in einem geschützten Raum endgelagert werden.

2. Mechanisches Schreddern

Der restlos entladene E-Auto-Akku wird restlos entladen und dann geschreddert. Verschiedene Siebe und Magnete machen es möglich, die einzelnen Akku-Bestandteile voneinander zu trennen. Die Rohstoffe lassen sich zu großen Anteilen wiedergewinnen und während des Recyclingprozesses entsteht kein giftiger Müll.

Die Entsorgung des E-Auto-Akkus

Wenn der Akku des eigenen E-Autos sich dem Ende der Lebensdauer zuneigt und die Frage aufkommt, was nun mit dem Akku gemacht werden soll, gilt es sich an den Hersteller zu wenden. Eine eigenständige Beseitigung von Fahrzeugbatterien durch Deponierung oder Verbrennung ist gesetzlich untersagt.

Jeder Hersteller von E-Autos muss den Kunden eine kostenfreie Rückgabemöglichkeit der verbrauchten Akkus garantieren. Weiterhin muss vom Hersteller sichergestellt werden, dass die zurückgenommenen Akkus nach dem Stand der Technik behandelt und verwertet werden.

E-Auto-Akku tauschen: Kosten, Vorgehen und Co.

Auf den ersten Blick ist der Austausch eines E-Auto-Akkus eine große Investition. Schon bei einem kleinen Smart kann der Akku-Austausch bereits bis zu 6.500 Euro kosten und bei leistungsstärkeren Modellen wie beispielsweise von Mercedes auf bis zu 27.000 Euro ansteigen.

Es gibt aber Entwarnung: Häufig muss der Akku nicht auf eigene Kosten erneuert werden und in den meisten Fällen ist nicht der vollständige Akku vom Tausch betroffen.

Die meisten E-Auto-Hersteller liefern ihre Modelle inklusive einer Garantie für den Akku. Üblich sind aktuell eine Garantielaufzeit von circa 160.000 gefahrenen Kilometern oder acht Jahren. Sollte die Ladekapazität des Akkus in diesem Zeitraum drastisch abnehmen und unter 70 Prozent Kapazität fallen, so übernimmt der Hersteller die Kosten für die Reparatur des Akkus.

Der Akku eines E-Autos besteht aus mehreren Modulen, die in den seltensten Fällen alle gleichzeitig kaputt gehen. Deswegen sollte der Austausch des E-Auto-Akkus beim Kauf des Fahrzeugs nicht zu viele Kopfschmerzen bereiten – die Erneuerung einzelner Akku-Module ist weitaus günstiger als der vollständige Akku-Austausch außerhalb des Garantiezeitraums.

Fazit: Ein moderner E-Auto-Akku ist leistungsstark und robust

Der Akku eines E-Autos ist enorm leistungsfähig und hält hoher Belastung über lange Zeit gut stand. Mit mehreren Tausend garantierten Ladezyklen, acht bis zehn Jahren Leistungsgarantie und circa 200.000 möglichen Fahrkilometern bietet ein E-Auto heutzutage auch für Vielfahrer eine attraktive Alternative zum kraftstoffbetriebenen Fahrzeug.

Sollte es durch Abnutzung dazu kommen, dass der E-Auto-Akku ausgetauscht werden muss, wird dies meist von den Herstellern übernommen. Auch muss häufig nicht der komplette Akku ersetzt werden, sondern nur einzelne Module. Ausgesonderte E-Auto-Akkus lassen sich gut viele weitere Jahre im stationären Betrieb nutzen und können nach vollständiger Abnutzung recycelt werden. Durch das Recycling lassen sich wichtige Rohstoffe wie Lithium, Kobalt und Nickel wieder gewinnen.