Diese Akkus stecken im E-Auto: Stand der Technik, Modelle und die Zukunft

In der Elektromobilität spielt die Batterietechnologie eine Schlüsselrolle. Im Herzen jedes Elektrofahrzeugs befindet sich der Akku, der als Energiespeicher dient und die elektrische Energie für den Antrieb des Fahrzeugs liefert. Die Entwicklung effizienter, kostengünstiger und langlebiger Batterien mit hoher Kapazität ist daher von entscheidender Bedeutung. Auf diesem Feld hat nicht zuletzt der Pionier Tesla starke Vorarbeit geleistet. Sie waren die ersten, die langstreckentaugliche Serienmodelle mit hocheffizienten Energiespeichern entwickelt haben. Dazu bedienten sie sich anfangs einfacher Lithium-Ionen-Akkus, die aus normalen Laptops entnommen wurden, und schalteten diese zu großen Arrays zusammen. Aus heutiger Sicht ein Husarenstück, aber es funktionierte. Durch die Entwicklung und Produktion eigener Batteriezellen, names "2170" und später "4680", zieht der amerikanische Hersteller die Wertschöpfung der großen Fahrzeugkomponenten in seinen Werken zusammen. Ein Grund, warum er so hochprofitabel ist.

Wer stets ein batteriebetriebenes Auto mit neuester Technologie fahren möchte, für den könnte E-Auto Leasing die richtige Möglichkeit sein. Kurze Laufzeiten sorgen für den regelmäßigen Wechsel zu aktuellen Modellen - mit Leasing kann man als Kunde mit dem schnellen Entwicklungsrhythmus der Branche schritthalten.

Derzeitige Dominanz der Lithium-Ionen-Technologie

Nickel-Mangan-Kobalt (NMC)

Eine Nickel-Mangan-Kobalt-Batterie ist ein "getunter" Lithium-Ionen-Akku, wie man ihn aus vielen elektrischen Geräten kennt. Sie zeichnet besonders eine hohe Energiedichte aus – also ein Maß für die Menge an Energie, die pro Gewichtseinheit gespeichert werden kann. Dies ist besonders für Elektroautos entscheidend, da mit mehr Energie pro Gewichtseinheit eine längere Reichweite einhergeht. Die NMC-Technologie bietet auch eine gute thermische Stabilität und eine hohe Ladekapazität. Allerdings werden für diese Batterien teure und teils umweltkritische Rohstoffe wie Kobalt benötigt, was sowohl Kosten als auch Nachhaltigkeit negativ beeinflusst. Zudem ist die Lebensdauer aufgrund einer geringeren Ladefestigkeit begrenzt, man spricht von maximal etwa 1.000 Landezyklen. Fast alle E-Autobauer setzen dennoch auf diesen Speichertyp, z.B. in Fahrzeugen von BMW, Mercedes und Volkswagen. Vor allem südkoreanische Unternehmen wie LG Chem und Samsung SDI sind führend in der Produktion von NMC-Speichern und arbeiten kontinuierlich an der Optimierung der Materialzusammensetzung.

Lithium-Eisenphosphat (LFP)

Die grundlegende Lithium-Ionen-Technologie findet sich auch in LFP-Batterien, bei der Lithium-Eisenphosphat als Kathodenmaterial verwendet wird. Hervorstechende Merkmale dieser Akkus sind die hohe mechanische Stabilität und die Sicherheit. Zudem sind sie weniger anfällig für thermische Probleme und sind zyklenfester, lassen sich also häufiger vollständig auf- und entladen als NMC Akkus. In der Herstellung sind sie kostengünstiger, da auf teures Kobalt verzichtet werden kann. Der größte Nachteil liegt in ihrer geringeren Energiedichte. Dies bedeutet, dass die Reichweite pro Ladung bei LFP-Batterien im Vergleich zu NMC-Akkus geringer ist. LFP-Batterien werden beispielsweise in Fahrzeugen wie dem Tesla Model 3 und Model Y eingesetzt. Unter den Akkuherstellern lassen sich die chinesischen Konzerne CATL und BYD als führend in dieser Technologie bezeichnen. Sie beliefern eine Vielzahl an Automobilfirmen wie BMW, die überdies an CATL beteiligt sind.

Nickel-Kobalt-Aluminium (NCA)

In NCA-Batterien besteht der Kathodenmaterial aus einer Kombination von Nickel, Kobalt und Aluminium, sie basieren ansonsten ebenfalls auf der Lithium-Ionen-Idee. Eine sehr hohe Energiedichte zeichnet sie aus, was sie für Hochleistungs-Elektroautos prädestiniert. Tesla nutzt diese Batterietechnologie für Modelle wie das Model S und X, weil damit eine hohe Reichweite und die enorme Leistungsabgabe gewährleistet werden kann. Neben dem amerikanischen Autobauer ist Panasonic einer der Hauptakteure in der Entwicklung und Produktion von NCA-Batterien. Der Nachteil dieser Technologie liegt in den hohen rohstoffbedingten Herstellungskosten und ihren Sicherheitsrisiken in Form von thermischer Überlastung oder Selbstentzündung, die mit dem höheren Energiedichte-Niveau einhergehen.

Vergleich von Leistungsdichte und Energiegehalt verschiedener Akku-Zelltypen

Der Trend zu 800V

Neben den spezifischen Typen von Lithium-Ionen-Batterien gibt es weitere Innovationen, die zum Ziel haben, die Leistungsfähigkeit und Effizienz weiter zu steigern. Dazu gehört die Erhöhung des Spannungsniveaus von 400 auf 800 Volt, was eine verbesserte Leistungsabgabe und schnellere Ladezeiten ermöglicht. Hersteller wie Kia/Hyundai und Porsche setzen bereits auf den Hochvoltansatz, langfristig ist zu erwarten, dass alle Hersteller darauf umstellen werden. Besonders relevant ist das für die Anforderungen von Elektrofahrzeugen, da 800 Volt zu einer effizienteren Energieübertragung durch geringere Energieverluste beiträgt. Im Ergebnis bedeutet das kürzere Ladezeiten und damit weniger Zeitaufwand an der Ladesäule. Die Form der Batteriezellen – ob Pouchzellen, prismatische Zellen oder zylindrische Zellen – hat ebenfalls einen wesentlichen Einfluss auf die Energiedichte und Leistung der Batterie. BYD geht mit seinem eigenen Blade-Format, also flache, zylindrische Zellen, bereits in diese Richtung. Hersteller wie EVE bieten weitere, neuartige Zelltypen mit deutlich erhöhter Energiedichte an.

Zukunftsaussichten und neue Technologien

Feststoffbatterie: Die nächste Generation

Ein vielversprechender Bereich in der Batterietechnologie sind die Feststoffbatterien. Diese verwenden anstelle eines flüssigen einen festen Elektrolyten, was mehrere Vorteile mit sich bringt: eine größere Reichweite, kürzere Ladezeiten, niedrigere Kosten und eine höhere Sicherheit. Sie könnten die Lithium-Ionen-Technologie in Zukunft ablösen oder ergänzen. Unternehmen wie Toyota und Nissan planen, diese Technologie in den nächsten Jahren in Serienfahrzeugen einzusetzen. Feststoffbatterien sind komplex in der Herstellung, aber die potenziellen Vorteile in Bezug auf Leistung, Kosten und Sicherheit machen sie zu einem der aussichtsreichsten Bereiche in der Batterieforschung.

Innovative Ansätze und neue Materialien

Neben Feststoffbatterien gibt es eine Vielzahl von Innovationen, die darauf abzielen, die Leistung und Effizienz der Batterien weiter zu steigern. Unternehmen wie OneD Battery arbeiten an der Integration von Silizium-Nanodrähten in Lithium-Ionen-Akkus, um die Energiedichte zu verdreifachen und die Ladezeiten zu verkürzen. Das israelische Start-up StoreDot entwickelt Batterien, die in nur fünf Minuten eine Reichweite von 160 Kilometern ermöglichen, was einen erheblichen Fortschritt in der Schnellladetechnologie darstellt. Nyobolt, ein britisches Start-up, setzt auf Niobwolframoxid in der Anode, um die Ladezeit drastisch zu verkürzen.

Recycling und Kreislaufwirtschaft

Ein weiterer wichtiger Aspekt in der Entwicklung von Batterietechnologien ist das Recycling und die Kreislaufwirtschaft. Die Rückgewinnung von Rohstoffen aus gebrauchten Batterien spielt eine entscheidende Rolle bei der Reduzierung der Umweltauswirkungen und der Nachhaltigkeit der Batterieproduktion. Dies ist besonders relevant, da die Nachfrage nach Elektroautos und damit auch nach Batterien weiter steigen wird. Um glaubwürdig den ökologischen Fußabdruck eines Stromers zu verbessern, ist die Frage nach der Wiederverwertung am Produktlebensende mindestens ebenso wichtig wie der Ressourceneinsatz bei der Akkuproduktion.

Modelle und Batterietypen: was ist in welchen E-Autos verbaut?

In der Elektroautoindustrie spielen Batterietechnologien eine zentrale Rolle. Neben den reinen technischen Aspekten beeinflussen auch Unternehmensbeteiligungen, strategische Partnerschaften und technische Innovationen die Wahl der Batteriehersteller. Hier ein detaillierter Blick auf einige führende Automarken und die verwendeten Batterietechnologien:

Tesla und die Entwicklung eigener Batteriezellen

• Tesla Model 3 und Model Y: Diese Modelle verwenden zwei unterschiedliche Batterietypen. In den Standardversionen werden Lithium-Eisenphosphat (LFP) Batterien eingesetzt, die von CATL geliefert werden. Diese bieten eine gute Balance zwischen Kosten und Haltbarkeit, haben aber eine geringere Energiedichte. Die Performance-Varianten nutzen hingegen Nickel-Kobalt-Aluminium (NCA) Batterien, die eine höhere Energiedichte und damit eine längere Reichweite ermöglichen. Tesla arbeitet hier eng mit Panasonic zusammen. Neben den von CATL gelieferten LFP-Batterien nutzt Tesla auch eigene Batteriezellen, nämlich die 2170 und 4680 Zellen. Die 2170 Zellen wurden in Zusammenarbeit mit Panasonic entwickelt und bieten eine höhere Energiedichte als die früheren 18650 Zellen. Die 4680 Zellen sind eine neuere Entwicklung von Tesla, die eine noch höhere Energiedichte und eine verbesserte thermische Leistung aufweisen. Die Vorteile dieser Zellen liegen in ihrer größeren Kapazität und effizienteren Herstellungsweise, was sich positiv auf die Reichweite und Produktionskosten auswirkt. Die 4680 Zellen werden in Teslas eigenen Gigafactories produziert, was dem Unternehmen eine größere Kontrolle über die Lieferkette und Kosteneffizienz ermöglicht.

• Tesla Model S und Model X: Diese Premiummodelle setzen weiterhin auf die NCA-Batterietechnologie. Die Akkus zeichnen sich durch eine besonders hohe Energiedichte aus, was eine beeindruckende Reichweite ermöglicht. Die Batterien werden in Kooperation mit Panasonic entwickelt und hergestellt.

BMW Elektromodelle

• BMW iX und i4: BMW bezieht seine NMC-Batterien von CATL und Samsung SDI. Diese Wahl ist teilweise durch strategische Partnerschaften und langfristige Lieferverträge motiviert. BMW investiert auch in die Entwicklung eigener Batterietechnologien, um eine größere Unabhängigkeit und Anpassungsfähigkeit an spezifische Fahrzeuganforderungen zu erreichen.

Mercedes-Benz und die Akkubeschaffung

• Mercedes-Benz EQS und EQE: Die Verwendung von NMC-Batterien von CATL und LG Chem spiegelt Mercedes-Benz' Bestreben wider, eine optimale Mischung aus Leistung, Reichweite und Zuverlässigkeit zu erreichen. Die Wahl dieser Lieferanten basiert auf der Qualität ihrer Produkte sowie der Fähigkeit, große Mengen an Hochleistungsakkus zu liefern. Der NMC-Zelltyp ist speziell für leistungsstarke Modelle wie den EQS oder den EQE die erste Wahl, da die Leistungsabgabe (Beschleunigung) und -aufnahme (Rekuperation und Laden) die größten Reserven bietet.

Volkswagen und seine Batteriestrategie

• Volkswagen ID.3 und ID.4: VW setzt auf eine diversifizierte Batteriestrategie und arbeitet mit mehreren Lieferanten zusammen, darunter LG Chem und SK Innovation. Dies ermöglicht es Volkswagen, auf verschiedene Technologien zuzugreifen und sich gegen Lieferengpässe abzusichern.

Audi e-tron Serie

• Audi e-tron und e-tron GT: Audi setzt in diesen Modellen ebenfalls auf NMC-Batterietechnologie. Die Akkus werden hauptsächlich von LG Chem und Samsung SDI geliefert und sind für ihre hohe Energiedichte und Leistungsfähigkeit bekannt.

BYD und die Blade-Akkutechnologie

• BYD Modelle: BYD hat mit der Blade-Akkutechnologie eine innovative Batterielösung entwickelt. Diese Technologie verwendet dünne, blattähnliche Zellen, die eine höhere Energiedichte und verbesserte Sicherheit bieten. Die Blade-Akkus sind weniger anfällig für Schäden und Überhitzung und vertragen hohe Ladeströme, was sie zu einer attraktiven Option für Elektroautos macht. Diese Technologie wird nicht nur in BYD-Fahrzeugen wie dem BYD Dolphin oder Seal eingesetzt, sondern findet auch bei anderen Herstellern wie Toyota zunehmend Anklang.

Kia und Hyundai: Innovationsführer in der Elektromobilität

• Kia EV6 und Hyundai Ioniq 5: Diese Modelle, basierend auf der gemeinsamen E-GMP-Plattform, verwenden fortschrittliche NMC-Batterien von SK Innovation. Diese Wahl spiegelt das Engagement von Kia und Hyundai für hohe Energiedichten und schnelle Ladezeiten wider. Die südkoreanischen Hersteller setzen auf eine Mischung aus Leistung, Reichweite und Wirtschaftlichkeit, um in einem wettbewerbsintensiven Markt konkurrenzfähig zu bleiben.

Fiat: Kompakte Elektroautos mit Effizienzfokus

• Fiat 500e: Der Fiat 500e, ein kompaktes Elektroauto, setzt auf Lithium-Ionen-Batterien mit einer NMC-Zusammensetzung. Diese Batterien werden hauptsächlich von Lieferanten wie Samsung SDI bezogen und sind aufgrund ihrer Größe und Effizienz ideal für kleinere Elektrofahrzeuge. Als Teil des Stellantis-Konzerns konzentriert sich die italienische Marke auf eine Balance zwischen Reichweite und Kosten, um ein attraktives Angebot im Segment der Stadtautos zu schaffen.

Polestar: Performance trifft auf Nachhaltigkeit

• Polestar 2: Als eine Marke, die sich auf Performance und Nachhaltigkeit konzentriert, nutzt Polestar NMC-Batterien von CATL und LG Chem. Diese Entscheidung unterstreicht Polestars Bestreben, hohe Reichweiten und exzellente Fahrleistungen zu bieten, ohne dabei Kompromisse bei der Umweltverträglichkeit einzugehen.

Porsche: Luxus und Leistung in der E-Mobilität

• Porsche Taycan: Der Taycan, Porsches Vorstoß in die Elektromobilität, verwendet Lithium-Ionen-Batterien mit einer NMC-Zusammensetzung. Die Batterien werden von LG Chem geliefert und sind auf maximale Leistung und Reichweite ausgelegt, um den hohen Ansprüchen von Porsche-Kunden gerecht zu werden.

Stellantis-Marken: Vielfältige Strategien in der Elektromobilität

• Stellantis-Konzern (Peugeot, Citroën, Opel, etc.): Der Stellantis-Konzern, zu dem Marken wie Peugeot, Citroën und Opel gehören, setzt auf eine Mischung aus NMC- und LFP-Batterien. Die Wahl des Batterietyps variiert je nach Modell und Marktpositionierung. Während einige Modelle auf NMC-Batterien für eine höhere Reichweite setzen, verwenden andere LFP-Batterien, um Kosten zu senken und die Sicherheit zu erhöhen. Stellantis arbeitet mit einer Reihe von Batterieherstellern zusammen, darunter CATL, um die unterschiedlichen Anforderungen seiner breiten Fahrzeugpalette zu erfüllen.

Die Wahl der Batterietechnologie und des Herstellers bei Elektroautos wird stark von der Markenidentität, den Fahrzeuganforderungen und strategischen Partnerschaften beeinflusst. Während Marken wie Kia und Hyundai auf die Technologie und Erfahrung von SK Innovation setzen und als Pioniere bei der 800-Volt Systemarchitektur gelten, nutzt z.B. Fiat wie die meisten anderen Marken effiziente NMC-Batterien für seine kompakten Elektrofahrzeuge. BMW, Mercedes und Porsche konzentrieren sich bei ihren Energiespeichern auf die Bereitstellung hoher Leistungsreserven, die hohe Energiedichten und exzellente Fahrleistungen bieten. Der Stellantis-Konzern nutzt für seine zahlreichen Marken zwar unterschiedliche Batterietypen, setzt aus Kostengründen aber auf eine stringente Gleichteilestrategie, so dass sich in den meisten Modellen von Citroen, DS, Fiat, Opel oder Jeep dieselben Batterien und Antriebskomponenten befinden.