Elektroauto-Batterie: Was den Akku so teuer macht

Aktuell zahlen Sie für Lithium-Ionen-Batterien zwischen 5.000 und 10.000 Euro. Das macht den Akku zur teuersten Komponente eines E-Autos. Der Preis errechnet sich nach der Batterie­kapazität pro Kilo­watt­stunde (kWh). Je leistungsfähiger der Akku, desto teurer ist er – und desto höher sind die Elektroauto-Kosten.

Die Preise von E-Auto-Batterien sinken allerdings kontinuierlich. Laut Prognose der internationalen Management­beratung Horváth & Partners liegt der Preis für Lithium-Ionen-Akkus 2020 bei durchschnittlich 84 Euro pro kWh. Bis 2022 soll er auf 75 Euro pro kWh sinken. Zum Vergleich: 2018 lagen die Batterie­kosten bei etwa 150 Euro pro kWh.

Ein Beispiel: Für den Akku eines Smart fortwo electric drive mit einer Kapazität von 17,6 kWh zahlen Sie rund 1.500 Euro. Bei einem Tesla Model S mit 100-kWh-Batterie liegen die Kosten für den Stromspeicher bei etwa 8.400 Euro.

Mieten Sie den Elektro­auto-Akku, ver­ringert sich der Anschaffungspreis

Die hohen Kosten von Lithium-Ionen-Akkus hält viele Kunden vom Kauf eines Elektroautos ab. Deshalb bieten zahlreiche Hersteller die Möglichkeit an, die E-Auto-Batterie zu mieten. Der Kaufpreis des E-Fahrzeugs sinkt dadurch um mehrere tausend Euro. Dafür kommen monatliche Mietkosten für den Akku hinzu.

Für einen Renault ZOE, dem meist­ver­kauf­ten Elektroauto 2019 in Deutschland, zahlen Sie für eine 22-kWh-Batterie zusätzlich 8.000 Euro. Mieten Sie die Batterie, hängt die Höhe der Miete von der Kilometerzahl ab: Je mehr Sie mit dem Stromer unterwegs sind, desto mehr zahlen Sie.

Fahren Sie beispielsweise 7.500 Kilometer im Jahr, sind monatlich 59 Euro fällig. Bei einer jährlichen Fahrleistung von 15.000 Kilometern beläuft sich die Miete auf 89 Euro. Wollen Sie eine unbegrenzte Kilo­meter­zahl zurücklegen, buchen Sie ein Unlimited-Paket für 119 Euro pro Monat.

Je älter die Elektroauto-Batterie, desto geringer die Reichweite

Im Laufe der Zeit verändern sich die Eigenschaften der Lithium-Ionen-Zellen. Deshalb büßt der Stromspeicher mit zunehmendem Alter Kapazität ein. In der Folge sinkt die Reichweite des Elektro­autos. Wer einige Regeln befolgt, kann die volle Leistung des E-Auto-Akkus so lange wie möglich erhalten.

Vier Tipps, um die Lebensdauer Ihrer Elektroauto-Batterie zu verlängern

1. Vollladen und vollständiges Entladen vermeiden: Fahren Sie Ihre E-Auto-Batterie nicht komplett leer. Vollladen auf 100 Prozent und komplettes Entladen auf null Prozent strapazieren den Akku. Am schonendsten sind Ladestände zwischen 20 und 80 Prozent. Für den Fall, dass Sie die Batterie doch über 80 Prozent aufladen, sollten Sie das E-Auto so bald wie möglich bewegen.
2. Extreme Temperaturen meiden: Lithium-Ionen-Batterien bringen bei extremer Kälte oder Hitze mehr Energie auf, um die gleiche Leistung zu erzielen. Am besten arbeiten sie bei Temperaturen zwischen 15 und 25 Grad Celsius. Das heißt: Parken Sie Ihr Elektro­fahrzeug im Sommer nicht in der prallen Sonne und im Winter möglichst in einer Garage. Achten Sie bei Kälte darauf, dass der Akku noch nicht abgekühlt ist, bevor Sie ihn aufladen.
3. Häufiges Schnellladen vermeiden: Führen Sie regelmäßige "Schnarch­ladungen" durch. Schnell­ladungen, bei denen die Batterie innerhalb von 20 bis 30 Minuten vollgeladen ist, sind zwar zeitsparend und praktisch, aber strapaziös für die Batterie. Planen Sie daher immer wieder längere, flache Lade­vor­gänge ein. Damit schonen Sie den Akku Ihres Elektroautos und verlängern seine Lebenszeit.
4. Auf unnötiges Beschleunigen oder Fahren mit Vollgas verzichten: Starkes Beschleunigen und langes Fahren mit Vollgas sind besonders belastend für den Akku, da die Akkuzellen leichter überhitzen. Fahren und beschleunigen Sie voraus­schauend, schonen Sie die Batterie Ihres Stromers.

E-Auto-Batterien benötigen Kühlung

Während der Fahrt erhitzt sich der Lithium-Ionen-Akku eines Elektro­fahrzeugs. Da eine konstante Temperatur – idealer­weise 20 bis 25 Grad Celsius – für Lebens­dauer und Leistung der Batteriezellen entscheidend ist, entwickeln E-Autohersteller komplexe Kühl­systeme. Je nach Modell sorgen unter anderen Luft­kühlung, Kühl­flüssig­keit oder Kühl­paletten dafür, dass die Kühl­leistung höher als die Wärme­leistung des Strom­speichers ist.

Je leistungsfähiger der Akku, desto komplexer ist das Temperatur-Management. Bei der Direkt-Pump­kühlung fließt die Kühl­flüssigkeit über ein Pump­system an den Batterie­zellen vorbei. Bei Zwei-Phasen-Kühl­systemen befinden sich die Batterie­module in der Kühl­flüssigkeit, die deren Abwärme aufnimmt und ver­dampft. Bei indirekter Batterie-Kühlung ist das Kühlsystem in mehrere Kreisläufe unterteilt. Über einen Wärme­tauscher (Chiller) ist die Klimaanlage des E-Fahrzeugs in den Kälte­kreis­lauf ein­be­zogen. Die Kälte­leistung, die beim Verdampfen der Kühl­flüssigkeit entsteht, ist im Sommer beispiels­weise für die Innenraum­klimatisierung nutzbar.

Die Produktion der Batteriezellen für den Elektroauto-Akku ist sehr energie­aufwendig. Hinzu kommen CO₂- und Schadstoffemissionen, die bei der Fahrzeugproduktion entstehen. Zudem sind E-Pkw nur so umwelt­freundlich wie der Strom, den sie nutzen. Stammt dieser aus einem Kohlekraftwerk anstatt aus regenerativen Energiequellen, leidet die Ökobilanz des E-Autos.

Auf die gesamte Lebensdauer und den geringen Wartungsbedarf gerechnet, schneiden Elektroautos im Vergleich zu Pkw mit Verbrennungsmotor jedoch gut ab. Die CO₂-Bilanz des ADAC ergab 2019, dass der CO₂-Nachteil von Batterieautos ab Fahrleistungen von 50.000 bis 100.000 Kilometern ausgeglichen ist.

Altbatterien von E-Autos leben dank "Second Life" länger

Bringt der Akku Ihres Elektroautos nicht mehr die gewünschte Leistung, ist er weder nutz- noch wertlos. In der Regel leistet eine gebrauchte Elektroauto-Batterie immer noch 70 bis 80 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität. Anstatt auf einer Deponie zu landen, erhält sie im Rahmen eines "Second Life"-Konzepts ein zweites Leben. In der Regel kommt der Lithium-Ionen-Akku in dieser zweiten Lebensphase als stationärer Speicher zum Einsatz.

Ein bekanntes Beispiel ist das Fußball­stadion von Ajax Amsterdam. In dem Gebäude speichern fast 600 Alt-Akkus von Elektroautos den über Sonnenlicht erzeugten Solarstrom und versorgen das Stadion bei Bedarf mit Strom. Auch das BMW-Werk in Leipzig verfügt über einen stationären Speicher mit 700 ausgedienten Akkus des BMW i3. Sie speichern die im Werk erzeugte Solar- und Windenergie und speisen sie in den Her­stellungs­prozess neuer Fahrzeuge ein.

Nicht nur große Stadien und Produktions­stätten profitieren von gebrauchten Elektroauto-Batterien. Auch in privaten Haushalten können Alt-Akkus eine Zweitkarriere starten. Eine 20-kWh-Batterie speichert genug Energie, um einen Familienhaushalt kurzzeitig mit Strom zu versorgen.

Recycling verwertet die Rohstoffe von Elektroauto-Batterien

Landet die E-Batterie am Ende doch auf dem Recycling-Hof, wird sie in mehreren Schritten in ihre Einzelteile zerlegt, sortiert, geschreddert und geschmolzen. Per Gesetz sollen 50 Prozent des Ma­terials erneut zum Einsatz kommen. Dafür reicht aktuell das Entfernen des Batteriegehäuses und aller Kom­po­nen­ten, die aus Aluminium, Stahl oder Kunststoff bestehen.

Experten fordern eine Überarbeitung dieser Richtlinie. Der Grund: Recycling sei nur effizient, wenn auch wertvolle Roh­stoffe wie Lithium, Kobalt und Granit bis zu 90 Prozent zurück­gewonnen werden. Dieser Prozess sei aktuell aber noch zu energieaufwendig und somit zu teuer.

In den meisten Elektrofahrzeugen sind aktuell Lithium-Ionen-Batterien verbaut. Trotz ihres verhältnis­mäßig geringen Gewichts haben Lithium-Ionen-Akku­mulatoren eine Energiedichte von etwa 130 Wattstunden pro Kilogramm Masse (Wh/kg). Ihre hohe Leistungsdichte macht sie für E-Autos so nützlich – und zu den bisher leistungs­stärksten Energie­speichern auf dem Markt. Die Kehr­seite: Elektro­auto-Batterien be­nötigen dafür große Mengen an Lithium und Kobalt.

Um den ökologischen Auswirkungen durch den Ressourcenbedarf und den bis heute hohen Batterie- und E-Fahr­zeug­preisen entgegen­zuwirken, suchen Forscher weltweit nach alter­na­tiven, besseren öko­logischen und öko­nomischen Lösungen. Diese Techno­logien könnten der Elektro­auto-Batterie in Zukunft Konkurrenz machen:

1. Feststoffbatterie

Die Feststoffbatterie, auch Festkörper­batterie genannt, könnte sich zu einer ernst­zunehmenden Alternative zur Lithium-Ionen-Batterie entwickeln. Da sie ohne flüssige Elektrolyte auskommt, kann sie weder auslaufen noch in Brand geraten.

Zudem verfügen Feststoffakkus über eine höhere Energie­dichte als herkömmliche E-Auto-Batterien. Dadurch erzielen sie größere Reich­weiten. Obwohl sie platz­sparend und günstiger herzustellen sind, kommen Batterien mit Fest­stoff­zellen noch nicht für den Betrieb von Elektro­fahrzeugen infrage. Der Grund: Ihre Lade­dauer ist zu hoch und sie verlieren nach wenigen Lade­zyklen an Kapazität.

2. Wasserstoff- und Brennzellen

Wasserstoffzellen ziehen ihre Energie aus Wasserstoff, Brennstoffzellen aus natürlichen Rohstoffen wie Erdgas. Elektroautos mit Wasserstoff- bzw. Brennzellen­antrieb bzw. Wasserstoffautos erzielen hohe Reichweiten, sind kosten­effizient und lassen sich schnell nachladen.

3. Magnesium-Batterie

Die Magnesium-Batterie ähnelt der herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterie. Anstelle von Lithium kommt jedoch Magnesium zum Einsatz. Es ist leichter zu gewinnen und in der Natur häufiger zu finden. Das vereinfacht die Batterie­produktion und senkt ihre Kosten. Außerdem kann eine Magnesium-Batterie bei gleichem Gewicht ungefähr doppelt so viel Energie speichern wie ein Lithium-Ionen-Akku. Entsprechend verdoppelt sich auch die Reichweite des E-Autos. Der Nachteil von Magnesium-Batterien: Sie verlieren sehr schnell an Kapazität.

4. Solarbetriebene Fahrzeuge

Elektrofahrzeuge mit Solarbetrieb sind noch nicht auf deutschen Straßen angekommen. In der Entwicklung sind Photovoltaik­anlagen für Kfz jedoch sehr präsent. Der Vorteil von Solarzellen auf dem Autodach: Sie wandeln Sonnen­strahlen direkt in elektrische Energie um und betreiben damit den Elektromotor. Zusätzlich zu den Solar­panelen benötigt das E-Auto einen Akku, der die um­ge­wandelte Sonnen­energie für die spätere Nutzung speichert.

5. Redox-Flow-Batterie

Elektroautos mit Flusszellen-Batterie könnten Reich­weiten von über 1.000 Kilo­metern erzielen. Zudem lässt sich eine Redox-Flow-Batterie (RFB) innerhalb von Minuten mit zwei elektrisch auf­ge­ladenen Flüssig­keiten "betanken" – so zumindest die Theorie. Unternehmen wie der Chemie­konzern BASF arbeiten derzeit daran, die Redox-Flow-Strom­speicher­techno­logie markt­fähig zu machen.