Die Wunderbatterie, die es nie gab und nie geben wird

Auch wenn wir es in 200 Jahren Batterieentwicklung geschafft haben, die Energiedichte von Akkumulatoren zu verfünffachen, sind alle Nachrichten über neue Wunderbatterien und Superakkus nur haltlose Propaganda.

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Vor über 200 Jahren erfand der Italiener Alessandro Volta mit der „Voltasäule“ die erste funktionierende Batterie. Die Volta’sche Säule konnte zwar experimentell Strom produzieren, aber in so geringem Ausmaß, dass sie keine praktische Anwendung hatte. 1836 entwickelte dann John Frederic Daniell in England mit dem Daniell-Element die erste leistungsfähige Batterie, die auch tatsächlich in Telegraphengeräten ihre Anwendung fand.

23 Jahre später, im Jahr 1859, erfand der Franzose Gaston Planté die Bleibatterie. Diese war nicht nur als erster Akkumulator wieder aufladbar, sondern auch noch ausgesprochen günstig zu produzieren. Noch 180 Jahre später verwenden wir genau dieses Konzept als Starterbatterien in unseren Autos für den bis vor kurzem unschlagbaren Preis von ca. 0,14 €/Wh (Wattstunde). Der Nachteil der Bleiakkumulatoren ist allerdings die niedrige Energiedichte pro Kilogramm. Mit 30-40 Wh/kg wird sie daher nur in Fahrzeugen oder Notstromsystemen eingesetzt.

Die nächste wiederaufladbare Batterie war die Nickel-Cadmium-Batterie, die 1899 von dem Schweden Waldemar Jungner erfunden wurde. Diese war zwar mit 0,33-1 €/Wh deutlich teurer als die Bleibatterie, hatte aber mit 40-60 Wh/kg eine signifikant höhere Energiedichte. Daher wurden noch bis ins Jahr 2008 die meisten tragbaren Anwendungen wie Elektrowerkzeuge, mit NiCd-Batterien betrieben. Danach wurden sie durch die EU größtenteils verboten, da Cadmium als giftiges Schwermetall gilt.

Schlechte Energiedichte

Fast 100 Jahre lang tat sich wenig in der Entwicklung der wiederaufladbaren Batterie, bis im Jahr 1991 Akira Yoshino in Japan die Lithium-Ionen-Batterie entwickelte. Mit 90-100 Wh/kg war die Energiedichte fast verdoppelt im Vergleich zur NiCd-Batterie, allerdings waren die Kosten zu Beginn mit 1-1,2 €/Wh noch sehr hoch. Die Entwicklung der Lithium-Ionen-Batterie wurde in den letzten 30 Jahren massiv vorangetrieben, bis zu einer Energiedichte von 250-300 Wh/kg. Aufgrund der weiten Verbreitung sank der Preis pro Wh massiv auf 0,10-0,15 €/Wh, was sie inzwischen so günstig wie eine Bleibatterie macht.

Bei der Weiterentwicklung der Li-Ionen-Technologie sind wir nahe am physikalischen Maximum von 350 Wh/kg angekommen. Daher werden andere Batteriekonzepte erforscht, wie die Festkörperbatterie oder die Lithium-Schwefel-Batterie, die 400 bis 500 Wh/kg maximal erreichen sollen. Allerdings wird an beiden Batterieformen schon seit 50 Jahren geforscht, und kommerziell brauchbare Ergebnisse werden erst in zehn bis 15 Jahren erwartet.

Benzin dagegen hat mit 12.000 Wh/kg eine 40 mal höhere Energiedichte als die beste Li-Ionen-Batterie, die wir haben. Diesel mit 11.900 Wh/kg eine 39,7-mal höhere und Erdgas mit 13.900 sogar eine 46,3 mal höhere. Deshalb wiegt ein durchschnittlich großer, voller Benzintank gerade einmal 37,5 kg (0,75 kg/l), fasst aber 430 kWh, während ein 450 kg schwerer (neuer!) Batterieblock eines Elektroautos gerade einmal 135 kWh fasst. Die durch Rekuperation, also das Laden der Batterie beim Bremsen, rückgewonnene Energie liegt bei Stadtfahrten bei bis zu 30 Prozent, bei Überlandfahrten gerade einmal bei zehn Prozent.

Extremes Gewicht der Batterie

Die höhere Effizienz des Elektromotors wird durch das extreme Gewicht der Batterie weitgehend negiert. Daher gibt es nur wenige Elektrofahrzeuge, die bei normalem Fahrverhalten tatsächlich mehr als 400 km Reichweite haben, wohingegen 600 bis 800 km Reichweite bei Benzinern normal sind. Es hat einen Grund, warum Teslas hinter LKWs herschleichen, während Verbrenner selbst als Kleinwagen locker mit 190 km/h auf der Überholspur fahren.

Das berühmte Ultraschnellladen von 70 bis 80 Prozent der Batteriekapazität in bis zu 20 Minuten unterstützen nur wenige Elektrofahrzeuge und Ladestationen. Dabei gehen etwa 15 Prozent der Energie als Hitze verloren. Eine Ladung auf 100 Prozent dauert je nach Wallbox oder Steckdose zwischen sechs und 26 Stunden.

Im Winter kann die Heizung, die bei einem Benziner einfach nur die Motorabwärme nutzt, die Reichweite eines EV um ganze 40 Prozent reduzieren. Die Kälte lässt die Batterieeffizienz dramatisch sinken und hohe Geschwindigkeiten sind bei EVs absolute Reichweitenkiller. Ein Tesla Model 3 (2021) schafft daher nach 20 Minuten Ultraschnellladung in einem kalten Winter bei gemütlicher Autobahnfahrt mit 160 km/h gerade noch 73 bis 103 km, während ein Diesel nach fünf Minuten Tanken bei gleichen Verhältnissen problemlos bis zu 615 km vor sich hin blockert.

Meldungen über Wunderbatterien und Superakkus reine Propaganda

Die Fehlentwicklung ist unübersehbar, und selbst wenn in zehn bis 15 Jahren die Lithium-Schwefelbatterie so weit entwickelt sein sollte, dass sie mit bis zu 400 Wh/kg auf den Markt kommt, ist das immer noch gerade einmal ein Dreißigstel der Energiedichte von Benzin.

Auch wenn wir es in 200 Jahren Batterieentwicklung geschafft haben, die Energiedichte von Akkumulatoren zu verfünffachen, sind alle Nachrichten über neue Wunderbatterien und Superakkus nur haltlose Propaganda. Damit soll natürlich die Elektromobilität gepusht werden, indem suggeriert wird, dass wir kurz davor stehen, E-Autos so schnell wie Benziner „betanken“ zu können – und dies bei gleicher Reichweite. Tatsächlich aber sind wir bei der Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien knapp am physikalisch Machbaren angelangt, und neue Batterietechnologien mit 30 Prozent höherer Energiedichte liegen noch mindestens ein Jahrzehnt in der Zukunft.

Der Beitrag erschien zuerst bei PI-News hier

Anmerkung der Redaktion

Das ist der Punkt, warum batteriebetriebene Autos (KfZ) nie funktioneren, weil die Batterie immer und ewig, das Problem ist. Und das lässt sich auch nicht ändern, weil die elektrochemische Spannungsreihe defacto ein Naturgesetz ist. Maximal haben 2 Elektrolyten eine Spannung von 5,4 V. Tesla hat eine solche von 3,8 V. Für Leistung muss man also 100er davon hintereinander und parallelschalten. Und dann herrscht darin ein Höllenfeuer, was beim der geringsten Fehler – bspw. per Alterung – losbrechen wird und kann. Darüber hinaus ist Lithium ein Nervengift und in all seinen chem, Verbindungen wasserlöslich. China wird es als erstes merken, was das bedeutet.

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Kommentare zum Artikel

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Gravatar: Hajo

Nach allem was ich gelesen habe, wäre es ein reines Nischenprodukt und dafür lohnt sich der Aufwand nicht und niemand würde eine Reifenfabrik aufbauen mit einer geringen Absatzmöglichkeit, die zum ersten das Produkt unendlich verteuern würde und sich die Fabrik in mehreren wesentlichen Punkten nicht mehr lohnen würde.

Wer also einen Elefanten in den Raum stellt um anschließend festzustellen, daß daraus nur eine Maus geworden ist, sollte es lieber gleich bleiben lassen oder solange forschen, im Gleichklang mit anderen Fahrzeugen, die bereits erfolgreich bestehen um dann abschließend eine rechnerische Bewertung vorzunehmen, ob sich die Idee lohnt oder nicht, als Grundvoraussetzung allen erfolgreichen Schaffens, was den Grünen fehlt, weil sie bestimmte Dinge von Natur aus nicht kennen und dazu zählt Verstand und Leistung, wo man bei ihnen lange suchen kann.

Gravatar: Erich Haug

Batterien sind die Steinzeit der Energieversorgung.
Der Mensch wird die Atomenergie inklusive Abfallproblem immer mehr in den Griff bekommen. (Wie das Automobil)
In 100 Jahren fahren vielleicht e-bikes mit Reaktor.
Dann gehts weiter bis zur Taschenlape und Handy.
Vision, aber die technische Entwicklung der Menschheit hats schon vorgemacht.

Gravatar: Hans-Peter Klein

@ harald44 27.10.2024 - 12:46

Machen Sie doch mal einen Realitätscheck, wenn Sie hier munter behaupten, Zitat :

" ... wenn jeder heizt nach Wunsch mit ... dann wird die Welt weder untergehen noch wird sich das Wetter fundamental ändern. "
Fragen Sie mal die Leute im Ruhrgebiet / Saarland nach dem damaligen regionalen Wetter samt Luft zur Zeit der Hochkonjunktur von Kohle- und Stahlindustrie.
Ich denke, in den entsprechenden Gegenden in Ostdeutschland war es nicht anders.

Ich gehe jede Wette ein , das ...

... Sie sich auf diesen Realitätscheck gar nicht erst einlassen, denn Sie wissen/ahnen schon warum.

MfG, HPK
P.S.: Okay, die Welt wird nicht untergehen, sie wird die Hyperaktivität der Spezies homo sapiens überleben, so wie bei vielen ausgestorbenen Spezies früherer Erdzeitalter auch.
Wir sind nicht unersetzlich, ... Läbe geht weida ...
aber unersättlich.

Gravatar: harald44

Ebensowenig brauchen wir eine Energiewende - was immer das auch sein soll - , sondern wenn jeder heizt nach Wunsch mit Gas, Strom, Koks oder Braunkohle, Holz oder der Wärmepumpe, dann wird die Welt weder untergehen noch wird sich das Wetter fundamental ändern. Das tat es ja auch nicht, als wir alle in den 1970er - 2000er Jahren so heizten, wie es uns beliebte und wir es bezahlen konnten.
Genauso wenig brauchen wir eine Klimawende. was immer das auch sein soll, weil sich das Wetter davon nicht im geringsten beinfluissen läßt, denn verglichen mit der Sonnenenergie, die auf der Erde ankommt, ist jeder menschliche Energieverbrauch nur ein Muckenschiß. Zahlen dazu findet man in jedem statistischen Sammelwerk und in jedem Schulphysikbuch

Gravatar: Wahrheitsfinder

Fazit also:
Dieses E-Auto ist der neue Trabant - aller bestenfalls !?!!

Gravatar: Sam Lowry

p.s.: Der Zug ist abgefahren. Überall...

Gravatar: Sam Lowry

Porsche, Mercedes pp.: Extreme Gewinneinbrüche.
Ca. 100.000 Arbeitslose in den nächsten 5 Jahren ist eine realistische Schätzung.

Deutschland WAR mal gut im Autobau. Die Zeiten sind jetzt vorbei.

Nur: Deutschland hängt an der Automobil-Industrie.

Das wird auch die AfD nicht mehr aus dem Feuer reißen.

Gravatar: Hans-Peter Klein

Die Energiedichte fossiler Brennstoffe mit der von ektrochemischen Batterien unmittelbar zu vergleichen macht überhaupt keinen Sinn, da der jeweils optimale Einsatzbereich ein anderer ist.

Die "Ladezeit" von Benzin/Diesel beträgt so um die 200 Millionen Jahre und mehr.

Was die Heizungswärme bei Verbrennermotoren anbelangt, so wird über die Hälfte der Motorwärme übers ganze Jahr einfach in die Umwelt gepustet, neben Rauch, Ruß und sonstigen giftigen Aerosolen.

Die effizientesten und unschlagbar größten Batterien für Deutschland, das sind hiesige Pumpspeicher und über Nordlink 1 die norwegischen Fjorde, allesamt riesige Erneuerbare Energiespeicher mit höchster Energiedichte. Da punktgenau ganzjährig zur Verfügung stehend handelt es sich um Erneuerbare Regelleistung.

Batteriebetriebene E-Mobilität findet ihren optimalen Einsatz bei mittleren Nuttzlasten und mittleren Reichweiten. Nicht aber bei hohen Nutzlasten und großen bis sehr großen Reichweiten. Da bieten sich netzgebundene Systeme an, z.B. Deutsche Bahn, oder E-Fuels (Methanol, Ammoniak, Wasserstoff, Biodiesel, etc.).
Die zugehörige Verbrennertechnologie samt Motorentechnik wird allein schon deshalb erhalten bleiben, d.h. : Es gibt kein allgemeines und generelles Verbrennerverbot und es wird keines geben, wer das behauptet, der lügt.

MfG, HPK
P.S,.: Auf PI-News erfährt man, das der Autor ein gewisser „Jonny Chill“ ist.
Ja wenn das so ist, dann ist ja wieder alles klar, auf der Andrea Doria : Eine der üblichen Wissenschafts-Inszenierung unserer allseits (un)bekannten US-amerikanischen "Kollegen".

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