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Energiespeicher Auf der Suche nach dem Akku der Superlative

Der Lithium-Ionen-Akku bringt Reichweite und Spritzigkeit. Aber für das E-Auto muss alles noch besser werden. Die Grenzen bei aufladbaren Batterien sind noch nicht erreicht. Doch die „Batterie der Zukunft“ wird das Auto nicht zum Dauerläufer machen.

© AFP Vergrößern Ein Lithium-Ionen-Akku des Toyota Prius

Alle reden davon. Von der Elektromobilität, die dabei ist, sich von einer Vision zur Realität zu mausern. Wie von Geisterhand verschwindet ein ganzer Reigen von Nachteilen, die man mit dem Verbrennungsmotor als Kraftquelle der heutigen Autos über Jahrzehnte billigend in Kauf genommen hat. Stinkende, röhrende Fahrzeuge sind endgültig passé.

Die Vorteile des Stromautos sind offensichtlich. Sie punkten mit sehr guten Beschleunigungswerten. Sie emittieren während der Fahrt keine Abgase. Selbst beim heutigen deutschen Strommix bleibt ein Elektroauto unter dem künftigen europäischen Flottengrenzwert von 120 Gramm Kohlendioxid je Kilometer. Zudem fahren die Fahrzeuge leise, brauchen kein Getriebe und können, so die Idee, mittelfristig als Puffer im Stromnetz wirken: Denn mit steigendem Anteil regenerativ erzeugter Elektrizität müssen Lastschwankungen "aufgefangen" werden. Dazu braucht man (Strom-)Speicher, die im Zeitalter der Elektromobilität in Form von dann millionenfach vorhandenen Batterien in unseren Autos zur Verfügung stehen.

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Doch bis es so weit ist, wird noch einige Zeit ins Land gehen. Erst in 20 Jahren, rechnen Fachleute, wird sich Schritt für Schritt die Ablösung der Otto- und Dieselaggregate durch elektrische Antriebe vollziehen. Dass es nicht schneller geht, liegt an dem für die Elektromobilität zentralen Bauteil: der Batterie. Ihre Schwächen gilt es auszutreiben, was keineswegs trivial ist, denn künftige Akkus müssen gleich in vier Punkten besser werden. Die Ladezeiten müssen kürzer, die Reichweiten größer, die Anschaffungskosten geringer und die Probleme bei der Sicherheit beseitigt werden.

Infografik / Eigenschaften und Leistungen der wichtigsten Typen © F.A.Z. Vergrößern

Das gilt sogar für den neuen Toyota Prius

Von dieser Eigenschafts-Mischung sind heutige Batterien noch meilenweit entfernt. Das gilt sogar für den neuen Toyota Prius in der Plug-in-Version (kann an der Steckdose aufgeladen werden), der mit seiner Lithium-Ionen-Batterie eine elektrische Reichweite von etwa zwanzig Kilometer hat. Aber das ist ein Hybridwagen, der auf seinen Verbrennungsmotor zurückgreifen kann. Selbst Reichweiten von bis zu 150 oder 200 Kilometer für elektrisch betriebene Autos erscheinen noch ungenügend. Deshalb arbeitet man längst an der Entwicklung anderer Batterietypen. Doch der Gestaltungsspielraum ist verfahrensbedingt beschränkt, denn die Bestandteile eines Akkumulators mit zwei Elektroden, einem Elektrolyten und dem die Elektroden trennenden Separator sind immer die gleichen. Verändern lassen sich die für diese Komponenten verwendeten Materialien, wobei die Forscher derzeit international dem Leichtmetall Lithium (für den Aufbau der Elektroden) den Vorzug geben. Der Grund: Lithium ist nach Wasserstoff und Helium das drittleichteste chemische Element, seine Molekülmasse extrem gering. Zudem ist Lithium sehr reaktiv, seine Ionen bewegen sich äußerst schnell, so dass man beim Einsatz von Lithium bei gleicher Masse deutlich mehr Energie speichern kann als in blei- oder nickelbasierten Akkus.

Doch Lithium-Ionen-Batterien sind keine neue Erfindung. Bereits Anfang der neunziger Jahre brachte Sanyo den ersten kleinen Lithium-Akku auf den Markt, der mit hoher Leistung, kurzen Ladezeiten und einer angemessenen Lebensdauer überzeugte. Heute sind Lithium-Ionen-Akkus als Stromquellen für Handys, Laptops und Digitalkameras nicht mehr wegzudenken. Sie sind jedoch nicht ganz unproblematisch. Kleinere Beschädigungen, hohe Temperaturen und unzulässig hohe Ladespannungen können dazu führen, dass die Akkus "durchgehen". Unfälle mit den Laptop-Akkus halten sich jedoch in Grenzen. Bei einigen der im Internet bei Youtube zu betrachtenden Katastrophenfilmchen haben wohl erst Nachbearbeitungen die verblüffenden Effekte ins Bild gebracht.

Rund 450 Kilogramm schwerer Powerpack

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