Erste Elektromotoren wurden schon im 19. Jahrhundert genutzt. Dann verschwanden sie fast vom Radar. Nun wird wieder viel rund um den E-Antrieb geforscht. Dabei geht es um leistungsstärkere Batterien genauso wie um den Einsatz umweltfreundlicher Rohstoffe in der Produktion. Was werden Elektroautos bald alles können?

Geschichte und Zukunft der Elektromobilität.

Die Anfänge des Elektroautos reichen zurück bis ins 19 Jahrhundert. Im Jahr 1821 erfand Michael Farady den Elektroantrieb, die Grundlage für die Entwicklung von Elektromotoren. Doch erst 1881 wurde bei der Elektrizitätsmesse in Paris das „erste Elektroauto“ präsentiert. Und tatsächlich gab es zu Beginn des 20. Jahrhunderts mehr Elektroautos auf den Straßen als Benziner. Doch der Verbrenner machte dann doch erst einmal das Rennen, da Erdöl günstig und leicht zu beschaffen war und die Autos ab 1913 am Fließband produziert werden konnten.

 

 

Gegenüberstellung: Das erste „Elektroauto“ von 1881 (Quelle: WELT) & der ultramoderne NIO EP9 (Quelle: NIO).
Gegenüberstellung: Das erste „Elektroauto“ von 1881 (Quelle: WELT) & der ultramoderne NIO EP9 (Quelle: NIO).

 

In den 1990er Jahren wurde das Elektroauto wiederentdeckt und die Forschung aufgenommen. Fast alle Hersteller haben inzwischen Elektroautos und Hybridautos im Angebot oder in der Entwicklung. Der Entwicklungs-Fokus liegt auf einer höheren Reichweite und einer verbesserten Ökobilanz.

Fragen von der Gewinnung der Rohstoffe bis hin zur Ladeinfrastruktur beschäftigen die Wissenschaftler heute. Und die Entwicklungen sorgen dafür, dass E-Autos immer umweltfreundlicher, zugänglicher und günstiger werden

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Batterieforschung – weiter, leichter, umweltfreundlicher.

Leistungsstärkere Batterien erhöhen die Reichweite, was für den Durchbruch der Elektroautos im Massenmarkt entscheidend ist. Gleichzeitig steht die Ökobilanz im Mittelpunkt. Sie wird maßgeblich von der Batterieproduktion beeinflusst.

 

Superbatterie von Innolith.

Jeder will die Superbatterie. Und das Schweizer Unternehmen Innolith behauptet nun, wirklich eine besonders leistungsstarke Batterie entwickelt zu haben. Sie schafft 55.000 Ladezyklen, brennt nicht und ist frei von exotischen Materialien wie Kobalt. Hinzu kommt eine Energiedichte von 1.000 Wh/kg – vier Mal höher als alles, was derzeit auf dem Markt ist. 

Das soll durch den Umstieg auf anorganische Elektrolyte funktionieren. Bislang wurden nur organische Elektrolyte in Batterien genutzt. Diese bringen ein höheres Brandrisiko mit sich, sowie eine geringere Leistung. Indem Innolith auf anorganische Elektrolyte setzt, wird beides umgangen und eine höhere Energiedichte erreicht.

Klingt doch gut – und ab wann gibt es diese Superbatterie? Laut Innolith soll sie in zwei bis fünf Jahren bereit für die Massenproduktion sein. Ob diese Aussage verlässlich ist, wird in den Medien jedoch stark diskutiert. Erst Praxistests werden zeigen, ob die Superbatterie der versprochene Durchbruch sein wird.

 

Leichtbauweise und wohltemperierte Batterien.

Für eine hohe Reichweite kommt es nicht nur auf die Beschaffenheit der Batterie an. Ein Forschungsprojekt am Fraunhofer IWU befasst sich mit der Leichtbauweise, sprich mit dem Gewicht der Batterie. Ziel ist es, das Gesamtgewicht des Elektroautos zu senken, ohne sicherheitsrelevante Anforderungen zu vernachlässigen. Die Wissenschaftler entwickelten dazu ein Batteriegehäuse, das die Betriebstemperatur optimiert, einen verbesserten Aufprallschutz bietet und zugleich besonders leicht ist.

Auch die Nutzung besonders effizienter Materialsysteme spielt mit hinein. So werden mehrere Funktionen in einem Bauteil integriert, was Platz und Material spart. Die Wissenschaftler des Fraunhofer IWU arbeiten zudem an Bodenstrukturen, die bei Unfällen besonderen Schutz für das in Zukunft hauptsächlich dort verbaute Batteriesystem bieten.

Das innovative Batteriegehäuse des Fraunhofer IWU sorgt auch dafür, dass die Betriebstemperatur stabil bleibt. Normalerweise erwärmt sich die Batterie durch das Laden und Entladen, was für große Temperaturunterschiede sorgt, die den Zellen schadet. Ein im Gehäuse verbauter Aluminiumschaumkern hilft, dies zu vermeiden, indem er Energie absorbiert. Auch sogenanntes Phasenwechselmaterial (PCM) hält die Temperatur stabil, indem es Wärme aufnimmt und abgibt. So wird für das Halten der optimalen Temperatur weniger Energie benötigt und Reichweite und Lebensdauer gesteigert.

 

Umweltbilanz von Batterien.

Maßnahmen, welche die Ökobilanz von Elektroautos verbessern, beschäftigen unter anderem Forscherteams des neuen Batterie-Forschungszentrums der Universität Münster. Es geht um den Einsatz umweltverträglicher Materialien sowie um den Verzicht kritischer Materialien und (giftiger) organischer Lösungsmittel.

Auch neue Produktionsverfahren werden getestet, die Lithium-Ionen-Akkus „grüner“ machen sollen. Dabei spielt besonders die Nutzung erneuerbarer Energien eine wichtige Rolle. Auch das anschließende Recycling der Batterien ist ein Thema, dem die Forscher sich widmen.

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Vehicle to Grid – so stabilisieren Elektroautos das Stromnetz.

Intelligente und rückspeisefähige Elektroautos unterstützen die sogenannte Vehicle-to-Grid Technologie. So kann Primärregelleistung angeboten und die Stabilität des Energienetzes gestützt werden. Weil das Elektroauto dazu überschüssige Energie aus dem Netz aufnimmt und auch wieder abgibt, wenn Bedarf besteht, spricht man von bidirektionaler Ladetechnologie. Sie wird bereits in Pilotprojekten getestet (beispielsweise von unserem Partner The Mobility House) und soll sich auch finanziell für den Endverbraucher lohnen.

Im Projekt „i-rEzEPT“ werden Geschäftsmodelle entwickelt und erprobt, welche die Investitions- und Betriebskosten von Elektrofahrzeugen und Ladeinfrastruktur senken. Dazu werden Elektroautos unter anderem als Pufferspeicher (Stichwort wieder bidirektionales Laden) genauso wie im Regelenergiemarkt eingesetzt. Wie das alles genau am besten funktioniert, das erforschen die Projektpartner von i-rEzEPT unter anderem über die Entwicklung einer Datenplattform, die Lade- und Mobilitätsdaten untersucht. Auch das Zusammenspiel von E-Fahrzeug, Ladesäule, Gebäude und Energiemarkt/PRL mittels einer Laborplattform steht im Fokus der Wissenschaftler. An i-rEzEPT beteiligt sind die Fraunhofer-Institute für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO) und für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) sowie The Mobility House, Bosch Software und Nissan.

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Second Life Ansätze: Der Lebenszyklus einer Batterie.

Der Lebenszyklus einer Batterie ist nicht beendet, nur weil sie nicht mehr für ein Elektroauto genutzt werden kann. Im Gegenteil: Als Speicher kann sie weitere 10 Jahre eingesetzt werden, bevor sie recycelt wird. Erste Batterien von Elektroautos werden bereits im „Second Life“ als Stromspeicher genutzt, beispielsweise in einem Projekt von Vattenfall, BMW und Bosch. Durch diese Second-Life-Nutzung wird die gesamte Batterie nachhaltiger, denn sie durchlebt mehrere Lebenszyklen. Es wird also nicht nur daran gearbeitet, die Herstellung von Batterien umweltfreundlicher zu machen, sondern auch weitere Nutzungsmöglichkeiten zu erschließen, um ihr volles Potential auszuschöpfen.

 

 

Lebenszyklus eines Stromspeichers.
Lebenszyklus eines Stromspeichers.

 

Und wie geht es nach dem Second Life weiter? Das Recycling von Batterien ist – gerade mit Hinblick auf die Ökobilanz von Elektroautos ein wichtiges Forschungsfeld. Es gibt bereits viele Ansätze für die Rückgewinnung der Rohstoffe. Mehr dazu findest du hier:

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Forschung in der Elektromobilität begünstigt die Energiewende.

Je stärker Elektroautos nachgefragt und politisch gefördert werden, umso mehr Forschungsprojekte zur Elektromobilität gibt es. Sie liefern wichtige Impulse auf dem Weg in den Massenmarkt.

Genauso wichtig wie die Antriebstechnologie ist die Frage der eingesetzten Kraftstoffe. Sie bestimmen maßgeblich die Ökobilanz von Elektroautos. Nur wer echten Ökostrom lädt, fährt wirklich klimafreundlich. Polarstern bietet dir dazu je nach Verbrauch des Elektroautos Wirklich Autostrom oder Wirklich Autostrom Plus. Alle Infos zu den preiswerten Tarifen findest du hier:

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