„Man kann elektrisch fahren, man muss es nur wollen“

Die Zukunft der Elektromobilität hängt stark von der Entwicklung leistungsfähiger und langlebiger Batterien ab. Im Interview erklärt unser Experte Prof. Dr. Kai Peter Birke, warum Lithium-Ionen-Batterien auch in absehbarer Zukunft das Maß der Dinge bleiben und welche Hürden Feststoffbatterien und neue Technologien überwinden müssen. Obwohl die Forschung kontinuierlich Fortschritte macht, sind keine radikalen Energiedichte-Sprünge zu erwarten. Stattdessen liegt der Fokus auf Optimierung und einem massiven Netzausbau, um das Potenzial der Elektromobilität voll auszuschöpfen. Doch auch äußere Faktoren wie Temperatur und Ladeinfrastruktur spielen eine entscheidende Rolle für die Lebensdauer und Effizienz von Batterien.

Ich weiß nicht, ob Sie wirklich daran forschen können. Sie müssen sich das Lithium-Ionen-Prinzip vorstellen wie einen Schwamm, der Wasser aufsaugt und dann können Sie das wunderschön ausdrücken und wieder aufsaugen und auch der trockene Schwamm hat ein Gewicht. Und wenn Sie nicht in dieses Gewicht investieren, das Wasser auf andere Art und Weise aufnehmen, dann bekommen Sie es nicht mehr so schön reversibel hin. Das bedeutet, das geht auf Zykelfestigkeit und Lebensdauer. Leider geht dieser Elektrodenschwamm bei Nickel-Metallhydrid-, Li- und Na-Ionen-Batterien richtig ins Gewicht. Natürlich kann man von Feststoffbatterien und Lithium-Metall und allem träumen. Aber man erreicht das Schwamm-Prinzip längst nicht so vollkommen, was aber für viele Anwendungen in der Praxis essenziell ist. Also werden wir daher noch lange die sogenannten Ionen-Batterien sehen und haben. Und ich sehe da momentan nicht, wenn es eine elektrochemisch basierte Batterie ist und nicht was völlig anderes, was man sich vielleicht Neues ausdenken kann, damit da morgen der große Durchbruch oder die Wunderbatterie oder irgendwas kommt. Es wird eine konsequente Weiterentwicklung von Lithium-Ionen- und Natrium-Ionen-Batterien geben. Aber da sind keine radikalen Energiedichte-Sprünge zu erwarten, sondern nur entscheidende Optimierungsarbeit. Aber für einen Pkw reicht es. Das 1-Liter Auto ist da, denn verfügbare Batterien gestatten in modernen Antriebssträngen einen Verbrauch 10-12 kWh, das entspricht ziemlich genau einem Liter Benzin!

Sind die Netze alle bereits so schön ausgebaut, wie das sein soll, ebenso eine moderne Ladeinfrastruktur? Das wäre mir neu.

Wenn Sie zu einem Internetanbieter gehen und eine Datengeschwindigkeit kaufen, dann steht da auch „bis zu“. Korrekterweise müsste (wie bei der Datengeschwindigkeit, die Sie vielleicht drei Minuten am Tag tatsächlich in dieser Höhe haben) an der Ladesäule auch „bis zu“ stehen. Aber das erhalten Sie nun mal nicht immer. Das kommt unter anderem darauf an, wie viele Leute gerade laden und ob das Netz überlastet ist. Da sind 60 kW schon viel realistischer als 150 kW. Und 300 kW bräuchten wir, um in 20 Minuten eine Batterie mit 100 kWh halbwegs vollzuladen. Also, da klafft eine Lücke zur Realität. Laden dauert! Und selbst wenn man die Batterie so perfekt herstellen würde, sodass Sie die in 8 Minuten vollladen können, dann brauchen Sie auch erstmal die Ladesäule und das Netz dazu. Und dann rechnen Sie mal. Das ist an einen massiven Netzausbau gebunden. Wenn ich jetzt ganz deutlich den Finger in die Wunde legen würde, dann würde ich mich noch fragen: Warum ist die Kilowattstunde so teuer in Deutschland? Will man Elektromobilität fördern oder will man sie verhindern? Gehen wir mal nach Norwegen. Es ist kalt dort und das ist schlecht für Batterien. Aber der Strompreis ist so attraktiv, dass alle Elektroautos fahren wollen. Ein Elektroauto ist heute halt keine Wärmepumpe, für die es attraktive Konditionen beim Strompreis gibt.

Das hängt ganz stark vom Benutzerprofil ab. Also wie hoch ist die Temperatur und was ist ein Zyklus? Also, wenn das 20 – 80 Prozent ist, dann ist das völlig anders als 0 – 100 Prozent. Aber das ist noch nicht alles. Eine der höchsten Überlebensraten haben Batterien in Großbritannien. Da muss man sich mal fragen, warum das eigentlich so ist. Natürlich auch, weil das Wetter dort so gemäßigt ist. Und da, wo das Wetter weniger gemäßigt ist, da hat man viel weniger Herausforderungen mit der Temperatur, die der eigentliche Alterungsgrund für Batterien ist. Aber wie gesagt, wenn jetzt irgendjemand auf die Idee kommt, seine Batterie immer ein bisschen voll und ein bisschen leer zu machen, dafür gibt es ein Wort: Das nennt man Hybrid-Fahrzeug. Beim Hybrid-Fahrzeug bekommen Sie 3 Millionen Zyklen hin. Aber bei diesen kleinen Zyklen ist witzigerweise der Energiedurchsatz viel größer als bei Vollzyklen im Elektrofahrzeug. Das ist also keine Mogelpackung. Die Batterie hält tatsächlich viel länger. Beim Elektrofahrzeug hängt es davon ab, wie man es fährt. Also wenn jemand wirklich etwas für sein Elektrofahrzeug tun will, dann lädt er nur zwischen 20 – 80 Prozent, was unter Umständen nicht ganz im Sinne des Erfinders ist, weil das natürlich wieder Reichweite kostet. Aber es ist auch Realität. Vollladen kostet zum Schluss Zeit und keiner fährt das Auto leer!

Die Batterie altert völlig unabhängig vom Betrieb. Wenn die Batterie für längere Zeit zu hohen Temperaturen ausgesetzt ist, 40 Grad aufwärts wäre zum Beispiel hoch, dann sind das eher kleine Events. Die müssten Sie dann realistisch über die Lebensdauer kumulieren. Und, wenn Sie die Batterie wirklich lange Zeit in der Sonne stehen lassen, dann muss sich das auch erstmal auf die Batterie ausbreiten. Sie kennen vielleicht den Effekt im Kofferraum. Da ist z.B. ein Getränkekasten, auf den legt man eine Decke rauf und ehe der Kasten dann aber heiß wird, dauert es natürlich. Aber wenn Sie sich jetzt vorstellen, dass Sie irgendwie den ganzen Tag die Batterie in die knallige Sonne stellen, dann ist das natürlich nicht so gut. Generell geht die Batterie über Temperatur viel mehr kaputt als über Betriebszyklen. Bei tiefen Temperaturen muss man außerdem aufpassen, dass man die Batterie nicht zu schnell zu volllädt. Sonst kann es zum Lithium-Plating kommen. Die Anode kann dann nicht so schnell die Lithium-Ionen aufnehmen. Dieses Lithium-Plating ist wiederum auch schädlich. Dann kommt es entscheidend auf Ladestrategie bei tiefen Temperaturen an und wie gesagt, hohe Temperaturen sind wenn möglich kumulativ zu vermeiden. Wir kennen Fälle, da haben es Bewohner wärmerer Staaten richtig gut gemeint und am Ende nichts richtig gemacht. Dort hatten die Nutzer einen Plug-in-Hybrid und haben immer schön vollgeladen und sind immer schön elektrisch gefahren und haben sich gewundert, warum die Batterie dann nicht 10 Jahre gehalten hat. Das ist genau der Effekt. Vollgeladen, zu hohe Temperaturen und eine relativ kleine Batterie: Beim Vollladen kommt dann auf einmal die Temperatur auch noch oben drauf, die kleinere Batterie wird zusätzlich härter belastet, und dann wirkt es kumulativ. Aber das waren eben Plug-ins. Die Batterie heutiger Plug-ins muss daher größer sein. Die Elektromobilität ist an sich eine tolle Sache, weil Sie da bis zu 90 Prozent Wirkungsgrad im Antriebsstrang haben. Denken Sie an das 1-Liter-Auto, das als Elektroauto schon da ist! Wenn Sie sagen „Energie ist eine Ressource“, dann müsste man natürlich an den Antriebsstrang rangehen, der am besten mit der Ressource umgeht. Das wäre ja die Grundlogik. Tut man aber nicht. Da muss man sich mal fragen, warum das so ist. Und das würde ich gerne mal die Politik fragen.