Der Akku von Elektrofahrzeugen – so funktioniert das Herzstück

Elektromobilität - Neben dem Elektromotor ist es vor allem der Akku, der Elektrofahrzeugen ihr Leben verleiht und die für die Bewegung wichtige Energie aufnimmt, speichert und wieder abgibt. In der allgemeinen Diskussion rund um die Elektromobilität nimmt der Akku deswegen auch regelmäßig eine wichtige Position ein. Dabei geht es häufig vor allem um die Kapazität des Akkus und damit die Reichweite des Fahrzeugs, aber auch um die Umweltverträglichkeit der Herstellung und Entsorgung, die Brandgefahr, das Gewicht, die Lebensdauer und viele weitere Themen rund um den Energiespeicher. Um an dieser Diskussion mit kompetenten Aussagen teilnehmen zu können, sollte man zunächst jedoch das Funktionsprinzip eines solchen Akkus verstehen. Deswegen haben wir in diesem Artikel die wichtigsten Fakten rund um den Akku von Elektrofahrzeugen gesammelt.

Batteriezelle und Leistungselektronik – ohne diese Komponenten bewegt sich nichts

Der Akku eines Elektrofahrzeugs ist ein Stromspeicher, in dem chemische in elektrische Energie umgewandelt wird. Dieser Vorgang kann in beide Richtungen geschehen – beim Laden und beim Entladen. Das Herz des Akkus bilden die Elektroden, die sich in einem leitenden Medium, dem sogenannten Elektrolyt, befinden. Dieses kann je nach Art des Akkus fest, flüssig oder gelartig sein. Die Kathode und die Anode werden durch den Separator, eine Art poröse Wand, voneinander getrennt. Um die hohen Leistungen heutiger Elektrofahrzeuge erreichen zu können werden zumeist Lithium-Ionen-Akkus verwendet. Bei ihnen besteht die Kathode am Minuspol aus Lithium-Metalloxid, während die Anode am Pluspol aus Grafit gefertigt wird. 

Zwischen den Elektroden bildet sich eine elektrische Spannung aus, da sich an der Anode mehr Elektronen sammeln als an der Kathode. Diese Differenz wird durch die Lithium Ionen ausgeglichen, die sich im Elektrolyt durch den Separator hindurch bewegen. Wird nun der Motor oder ein anderer Stromabnehmer angeschlossen, dann wandern die Elektronen durch die angeschlossenen Kabel von der Anode zur Kathode und versorgen den Abnehmer dabei mit elektrischem Strom. Die Akkus von Elektrofahrzeugen bringen dabei meist sehr hohe Spannungen auf. Mit bis zu 800 Volt beim Porsche Taycan kommen sie auf ein Vielfaches der herkömmlichen Haushaltsspannung von 230 Volt. 

Um moderne Elektroautos kraftvoll antreiben zu können, werden größere Mengen solcher Batteriezellen benötigt. In der Regel werden sie in sogenannten Modulen zusammengeschlossen und diese wiederum zum letztendlichen Batterie-Paket kombiniert. Der ID.3 von Volkswagen verfügt auf diese Weise über 12 Batterie-Module, die wiederum aus zahlreichen einzelnen Zellen bestehen.

Diese Leistung dieser Zellen muss natürlich auch kontrolliert und gesteuert werden, weshalb die Leistungselektronik eines Elektrofahrzeugs heute zu dessen wichtigsten Komponenten gehört. Sie regelt die Stromzufuhr für die Abnehmer im Stromkreis und wirkt zudem auch als Wechselrichter, der die Gleichspannung des Akkus in die vom Elektromotor benötigte Wechselspannung umwandelt. Über die Frequenz des Wechselstroms kann die Geschwindigkeit des Motors und damit auch des Fahrzeugs bestimmt werden, während die Stärke des fließenden Stroms die Leistung angibt.

Elektromobilität und die Rohstoffe der Batterieherstellung

Die Art und die Herkunft der bei der Akkuherstellung verwendeten Rohstoffe sorgt immer wieder für Diskussionsmaterial in Gesprächen über Elektromobilität. Für die Herstellung der Batteriezellen werden ganz besondere Grundstoffe wie Lithium, Kobalt, Nickel und Mangan benötigt. Sie werden in Entwicklungsländern wie dem Kongo oder in Bolivien unter teilweise fragwürdigen Bedingungen gefördert. Diese Problematik ist jedoch nicht unbekannt und so setzen immer mehr Fahrzeughersteller auf nachvollziehbare Lieferketten, um Zwangs- und Kinderarbeit beim Abbau der Rohstoffe entgegenzuwirken. Zudem wird zunehmend auf in Australien industriell gefördertes Lithium und Kobalt zurückgegriffen. Außerdem arbeiten die Hersteller mit Hochdruck daran, in Zukunft immer weniger dieser wertvollen Rohstoffe für der Herstellung zu benötigen oder sie gänzlich durch unbedenklichere Stoffe ersetzen zu können

Quellen

https://www.glinicke.de/elektromobilitaet/batterie/
https://www.autobild.de/artikel/elektroauto-batterie-co2-abdruck-lebensdauer-kaufen-richtig-laden-recycling-16202315.html
https://studyflix.de/chemie/kathode-2751