Neue Materialien, Festkörperakkus, 5C-Batterien: Sollten E-Auto-Interessenten auf die Super-Batterie warten?

Immer wieder berichten wir über die Fortschritte bei der Batterietechnologie: 5C-Akkus, Festkörperbatterien und neue Materialien, die deutlich größere Reichweite und schnelleres Laden versprechen, stellen wir regelmäßig vor. Lohnt es sich also, für die Anschaffung eines E-Autos auf die Super-Batterie zu warten? Steht die Branche vor einem technischen Quantensprung?

Nun, tatsächlich entwickelt sich die E-Auto-Technik aktuell deutlich schneller als die des Verbrenners. Während bei Letzterem nach jahrzehntelanger Optimierung nur noch kleine Potenziale zu heben sind, machen E-Antrieb und Batterie noch große Fortschritte. Riesige Sprünge sind kurzfristig aber eher unwahrscheinlich.

Halten wir fest: Seit der Markteinführung der Lithium-Ionen-Batterie sind die Kosten um den Faktor 30 bis 50 gefallen. Die Energiedichte hat sich seitdem verdreifacht. Dieses Tempo wird sich nicht halten lassen. Statt Revolution ist also eher Evolution angesagt. Plötzliche Durchbrüche mit neuen Batterietechnologien sind nicht zu erwarten. Zwar vermelden Forscher regelmäßig große Fortschritte, vor allem in der Materialforschung. Bis diese sich in Serienautos realisieren lassen, dürften aber noch Jahre und teils Jahrzehnte vergehen.

Evolution statt Revolution

Näher an einem Einsatz sind da schon die Ankündigungen der großen Batteriehersteller. Vor allem die chinesischen Anbieter werben gerne mit etwas Vorlauf für ihre neuen Produkte. Nicht immer allerdings ist klar, wann, in welchen Autos und zu welchen Kosten sie auf den Markt kommen sollen. Ein paar grundsätzliche Überlegungen können bei der Einordnung helfen.

Für den normalen Autofahrer interessant sind beim Ausblick auf neue Batterien vor allem zwei Aspekte: die mögliche Reichweite und die nötigen Ladezeiten. Erstere ergibt sich letztlich aus der volumetrischen Energiedichte, angegeben in Wh pro Liter. Je größer dieser Wert, desto geringer ist der Platzbedarf einer Batterie beziehungsweise die Reichweite, die sich mit einer bestimmten Baugrößer erreichen lässt. Aktuell liegt der Wert für klassische Lithium-Ionen-Batterien auf Nickelbasis bei etwa 450 Wh pro Liter. Eine durchschnittliche E-Auto-Batterie mit 50 kWh Kapazität und rund 400 Kilometern Normreichweite benötigt also einen Bauraum von rund 111 Litern – etwas mehr als doppelt so viel wie das durchschnittliche Tankvolumen eines Kompaktautos mit Verbrennungsmotor. In manchen Fällen werden auch Energiedichten pro Zelle angegeben. Diese fallen generell etwas höher aus als bei der kompletten Batterie, da Gehäuse, Verkabelung und Elektronik nicht berücksichtigt werden müssen.

Die Super-Batterie? Eher nicht

Auch in den nächsten Jahren dürften die meisten Autos bei der Reichweite grob im heutigen Rahmen bleiben. Einen E-Kleinwagen mit 1.000 Kilometern Reichweite wird es auf absehbare Zeit nicht geben. Darauf zu warten ist aus Kundensicht vertane Zeit. Extreme Verbesserungen sind allenfalls für Modelle mit Festkörper-Akku zu erwarten. Bei dieser noch nicht serienreifen Batterievariante sind Energiedichten oberhalb von 700 Wh möglich. Erste Serienautos sind gegen Ende des Jahrzehnts angekündigt, allerdings kommt die Technik sicher zunächst in teuren Luxus- oder seltenen Nischen-Fahrzeugen zum Einsatz.

Trotzdem dürften die Reichweiten auch der günstigen Autos in den nächsten Jahren steigen, weil die Antriebe und die Gesamtfahrzeuge effizienter werden, Batterie-Packs cleverer montiert werden und die kWh-Kosten für Zellen sinken. Allerdings gilt auch hier: Riesige Sprünge sind eher unwahrscheinlich. Für sich genommen ist das also kein Grund, heute noch auf den Kauf eines aktuellen Modells zu verzichten, wenn alle anderen Rahmenbedingungen zu den persönlichen Anforderungen passen.

Wer hingegen deutlich größere Reichweiten benötigt, sollte nicht allein auf den Energiegehalt schauen, sondern auch die Ladegeschwindigkeit berücksichtigen. Denn wer schnell nachladen kann, benötigt nicht zwingend eine große Batterie mit hohem Energieinhalt. Wie schnell ein bestimmtes E-Auto lädt, wird mit der „C-Zahl“ angegeben. Eine C-Zahl von 1 bedeutet, dass der Akku einmal in der Stunde voll geladen werden könnte, bei einer C-Zahl von 2 funktioniert das zweimal. Und so weiter. Aktuell weisen die meisten Serienautos C-Zahlen zwischen 1,5 und 2,5 auf – können im besten Fall also zweieinhalb Mal pro Stunde gefüllt werden. Das entspricht rund 24 Minuten. Es handelt sich dabei um einen sehr theoretischen Wert, der vor allem der Vergleichbarkeit dient – allein deshalb, weil das Laden von 0 auf 100 Prozent in der Praxis nie vorkommt.

Viel wichtiger: Die Ladegeschwindigkeit

Wirklich aussagekräftig ist die C-Zahl zudem nur, wenn man die Akkugröße kennt. Eine für Langstrecken-Stromer typische 100-kWh-Batterie lässt sich bei einer C-Rate von 2 in 30 Minuten vollladen. Ziel der Branche wäre in einem solchen Fall eine C-Rate von 4 – was einer Ladezeit von 15 Minuten entspricht. Diese ist allerdings nur bei Fahrzeugen mit einem 800-Volt-Batteriesystem erreichbar. Einige Hersteller wie Hyundai, Kia und Porsche haben bereits entsprechende Modelle, anderen dürften folgen. Zunächst bleibt die Technik aber den höherpreisigen Modellen vorbehalten. Extreme Ladeleistungssprünge bei 400-Volt-Modellen sind erst einmal nicht zu erwarten.

Zu warten lohnt sich auch nicht bei der Lebensdauer. Aktuelle Pkw-Akkus mit nickelbasierter Lithium-Ionen-Technik sind für 1.000 bis 2.000 Ladezyklen ausgelegt. Ein durchschnittliches E-Auto mit 350 Kilometern Real-Reichweite fährt also mindestens 350.000 Kilometer. Der Durchschnittsfahrer braucht dafür knapp drei Jahrzehnte – in vielen Fällen ist das länger, als der Rest des Autos durchhält. Weitere Verbesserungen bei den Ladezyklen spürt der Verbraucher also kaum – entsprechend weit hinten ist dieser Punkt auf den Prioritätenlisten der Hersteller.

Es dürfte sich also kaum lohnen, auf eine neue Batterietechnik zu warten. Viel lohnenswerter ist der Blick auf den Einsatzbereich des künftigen Stromers. Wer viel lange Strecken unterwegs ist, sollte ein Fahrzeug mit 800-Volt-Technik priorisieren. Spannend ist auch der Blick auf den Real-Verbrauch des Autos: Je weniger, desto mehr Reichweite. Und wer zu Hause laden kann ist sowieso fein raus – und kann sich auf andere Qualitäten des Autos konzentrieren. HM/SP-X/Titelfoto: VW