Was tut sich in Sachen E-Auto-Akkus?

— Herr Professor, vor eineinhalb Jahren sprachen Sie über völlig neue Akkutechnologien. Konkret waren das Natrium-Ionen-Akkus, die sich schneller laden lassen und auch widerstandsfähiger gegen Kälte sind. Was hat sich seither getan?

Maximilian Fichtner: Es gibt einige Neuigkeiten, Natrium-Ionen-Akkus sind nur eine davon. Generell sind es Akkus, deren gesamte Batteriezusammensetzung ausschließlich auf häufig verfügbaren, ungiftigen und nachhaltigen Materialien beruht, etwa Eisen, Magnesium, Aluminium, Zink und ein paar anderen. Jetzt gibt es schon die ersten Fahrzeuge mit diesen Akkutechnologien.

— Wie lange wird es dauern, bis die großen Autohersteller auf diese Technologien umsteigen? Werden E-Autos damit erschwinglicher?

Maximilian Fichtner: Das wird davon abhängen, wie gut es mit der weiteren Entwicklung der Natrium-Ionen-Batterien läuft. Die sind zwar schon recht gut, aber stecken noch in den Kinderschuhen. Trotzdem ist es so, dass die ersten chinesischen Hersteller bereits jetzt Kleinfahrzeuge mit diesen Akkus anbieten. Die haben dann 300 Kilometer Reichweite und kosten weniger als 10.000 Euro. Das ist natürlich ein ganz wichtiger Punkt.
Die Akkus werden also deutlich billiger sein. Die ersten Chemiefirmen, die die Akkuhersteller beliefern, springen auch in Europa schon auf diesen Zug auf und fangen an zu produzieren.

— Das Lithium-Thema wird ja sehr diskutiert, Vorkommen gibt es ja auch in Österreich auf der Koralpe. Soll man das überhaupt noch abbauen oder nicht? Wie sehen Sie das im Gesamtkontext der Lithium-Ionen-Akku-Produktion?

Maximilian Fichtner:Wir bekommen mit der Natrium-Ionen-Batterie eine alternative Batterietechnik, die gewisse Aufgaben übernehmen kann. Es ist aber nicht abzusehen, dass sie die Lithium-Ionen-Batterie verdrängen wird. Die wird in einigen Anwendungen die führende Technik bleiben. Viele E-Fahrzeuge im Mittel- und Oberklasse-Segment werden nach wie vor Lithium-Ionen-Batterien haben, weil die Natrium-Ionen-Technik zwar nachhaltiger ist, aber halt auch schwachbrüstiger, weil man mit der gleichen Materialmenge nicht die gleiche Reichweite erzielen kann.
Aber ist es sehr gut und sehr wichtig, dass es die Natrium-Ionen-Technologie gibt, weil sie ein bisschen Druck aus der Rohstoff-Situation bei Lithium rausnimmt. Aber wir werden Lithium auf jeden Fall weiterhin brauchen, wir werden es nutzen und wir werden es recyceln. Das Vorkommen in Österreich zeigt aber auch, dass Lithium eigentlich überall auf der Welt vorkommt. Das ist ja auch eine gute Nachricht.

— In einem Ihrer aktuellen Vorträge haben Sie erwähnt, dass sich auch die Lithium-Ionen-Akku-Technologie rasant weiterentwickeln wird. Was ist der größte Hebel dabei?

Maximilian Fichtner:Es gibt zwei Hebel. Das eine ist das Design der eigentlichen Batterie, der sogenannten Battery Packs. Da ist es gelungen, durch ein komplettes Redesign des Inneren deutlich mehr Speichermaterial unterzubringen. Bei den klassischen Aufbauten in den meisten bisherigen E-Mobilen war es so, dass rund 75 Prozent des Gewichts praktisch Verpackung der Batterie ausmachten. Und nur etwa 25 Prozent waren das Speichermaterial. Jetzt spart man enorm am Verpackungsmaterial, also dem Gehäuse. Und das bedeutet, dass man damit auch deutlich weiter kommt als bisher.

Maximilian Fichtner:Ich verweise da auf den Marktführer, die chinesische Firma CATL. Die hatte vor eineinhalb Jahren angekündigt, eine neue Batterie zu bauen, die sogenannte Qilin-Batterie. Die ist jetzt in China auf dem Markt, in einem Fahrzeug mit 1.000 Kilometer Reichweite und der Möglichkeit, 300 Kilometer in 10 Minuten nachzuladen. Salopp gesagt ist die Sache ist nun gegessen. Wenn wir jetzt noch High-Performance-Materialien reinbringen, wären wir bei 1.300 bis 1.400 Kilometern. Dann braucht auch der besorgte Dieselfahrer, der immer täglich mit fünf Leuten, zwei Hunden und einem Campinganhänger 1.800 Kilometer fahren muss, keine Angst mehr zu haben. Genau dahin geht die Entwicklung – Ladegeschwindigkeit und Reichweite.
Aber es gibt noch etwas: Der Minuspol wird im Augenblick ganz neu erdacht. Bisher verwendete man Graphit-Strukturen, in Zukunft werden Siliziumanteile zugemischt, die noch deutlich mehr speichern können, sodass die Batteriezelle noch mal 30 bis 40 Prozent mehr Speicherkapazität erreichen wird. Das sind keine Fiktionen oder gar Hirngespinste, das ist sogar schon in der Vorserie und kommt schon bald in die Autos.

— Sprechen wir noch über eine weitere Akkutechnologie: Lithium-Eisenphosphat-Batterien. Tesla und BYD setzen bereits darauf, auch Ford soll darauf bauen. Was können diese Akkus besser?

Maximilian Fichtner:Sie sind vor allem billiger. Das Lithium-Eisenphosphat ist das Speichermaterial im Pluspol der Batterie. Es sind ja immer zwei Pole. Und die haben beide so eine Struktur wie ein Regal. Und das Lithium schlüpft dann immer, je nachdem, ob es geladen oder entladen ist, in die eine oder in die andere Seite. Und im Pluspol befindet sich traditionell ist das sogenannte NMC-Material. Das ist eine Struktur aus Nickel, Mangan und ein bisschen Kobalt. Das ist ein Oxid, das ist das High-Performance-Material. Das Lithium-Eisenphosphat hat eher röhrenartige Strukturen. Es hat den Vorteil, dass weder Nickel noch Kobalt enthalten ist. Es ist also sehr, sehr billig. Und es ist ein natürliches Mineral, das ich mit der Spitzhacke aus dem Berg klopfen kann. Darüber hinaus ist es ungiftig. Aber es ist halt etwas schwächer auf der Brust, es hat nicht die Speicherkapazität der High-Performance-Materialen. Aber es kann, wie ich vorhin schon erwähnt habe, durch die neuen Batteriedesigns diesen Nachteil wieder ausgleichen, sodass sich ganz neue Möglichkeiten eröffnen, etwa so ein sehr nachhaltig zusammengesetztes Batteriematerial neu in die Technik zu bringen. Tesla liefert seit Sommer 2022 bereits 50 Prozent der Flotte mit diesem Material aus, also frei von Kobalt.

— Wenn wir über Akku-Innovationen sprechen, ist oft von China die Rede. Hat China da wirklich die Nase vorn? Haben die Chinesen Europa, die USA und den Rest der Welt schon abgehängt?

Maximilian Fichtner: Sie setzen vieles schneller um. Ich glaube nicht, dass wir jetzt in Entwicklung oder Forschung zurück sind. Aber die Chinesen sind nicht von einer Vorgeschichte belastet, die ausschließlich auf Verbrenner ausgerichtet war. Eine Firma wie BYD hat schon früher Batterien hergestellt und dann gesagt, machen wir noch vier Räder dran und eine Karosserie drauf und kaufen uns die Software ein. So ist BYD aufgestellt.
Wenn wir die großen europäischen Konzerne betrachten, dann haben die natürlich einen gewissen Schwung in eine bestimmte Richtung, nämlich die des Verbrenners. Und da jetzt den 90-Grad-Schwenk zu vollführen ist nicht einfach. Das muss man auch verstehen, dass das nicht von heute auf morgen geht.
Die Chinesen geben sich auch nicht damit zufrieden, dass sie eine bestimmte Entwicklung erreicht haben. Sie stellen sie zwei Jahre später wieder auf den Prüfstand, werfen sie vielleicht wieder weg und ersetzen sie durch etwas Besseres. Das ist eine Kultur, die wir ein bisschen mehr annehmen müssen, sonst verlieren wir den Anschluss.

— In Asien sind auch Feststoff-Akkus ein großes Thema. Was können diese besser als die Batterien, über die wir bis jetzt gesprochen haben?

Maximilian Fichtner: Wenn es schon welche geben würde, könnten wir uns darüber unterhalten. Aber es gibt keine. Der Feststoff-Akku bietet die Perspektive, nocheinmal deutlich sicherer zu sein als der klassische Lithium-Ionen-Akku, weil in ihm gar keine brennbaren Flüssigkeiten enthalten sind. Außerdem versucht man, die Speicherkapazität um 30 bis 40 Prozent zu erhöhen, indem man auch hier wieder den Minuspol, in diesem Fall Graphit, ersetzt und stattdessen metallisches Lithium verwendet.

Das Problem ist aber, dass die angestrebte Performance gerade von der konventionellen Lithium-Ionen-Technik überholt wird. Das heißt, durch diese neuen Anoden erreicht man auch mit der klassischen Technologie die Traumzahlen, die man früher nur dem Feststoff-Akku zugetraut hat.

Ich würde sagen, es ist noch ein gewisses Zeitfenster da, in dem sich der Feststoff-Akku etablieren kann. Ob er dann, wenn er mal kommt, tatsächlich die klassische Batterie verdrängt, lässt sich aber schwer sagen. Ich glaube nicht so ganz daran, weil er möglicherweise auch deutlich teurer sein wird.

— Das Zeitfenster für den Feststoff-Akku schließt sich also, wenn andere Technologien weiter fortgeschritten sind. Kann man das so sagen?

Maximilian Fichtner: Ja, das ist wie beim Wasserstoff. Da ist jetzt auch so ein Zeitfenster, wo er sich beweisen müsste, etwa bei Lkw. Aber im Augenblick haben wir einen vierfachen Kilometerpreis im Vergleich zu batterieelektrischen Lkw. Wenn Sie es nicht in einem Zeitfenster von vielleicht drei oder vier Jahren schaffen, sich da anzugleichen, wird es schwierig für Wasserstoff werden

— Die meisten E-Auto-Hersteller setzen auf 400-Volt-Batterien. Einige verdoppeln den Wert aber schon. Welchen Sinn hat diese Spannungserhöhung?

Maximilian Fichtner: Durch höhere Spannung bekommt man eine höhere Ladeleistung. Die Leistung ist ja immer Spannung mal Strom. Das heißt, wenn ich den Strom mit einer höheren Spannung einspeise, statt 400 dann 800 Volt, benötige ich die Hälfte der Ladezeit. Das ist der Grund, weshalb es Sinn macht, höhere Spannungen zu ermöglichen.

Es ist aber auch so, dass man durch höhere Spannungen auch dünnere Kabel verwenden kann. Dürs Laden wird dann alles einfacher. Die Chinesen sind bereits relativ gut darauf eingestellt. Sie bekommen dort Kleinwagen wie den BYD Dolphin, der 400 Kilometer Reichweite hat, 14.000 Euro kostet und eine Ladetechnik wie ein Porsche Taycan hat. Da gibt es in Europa noch Nachholbedarf. Bei den die Top-Modellen sind wir ganz gut aufgestellt. Aber für den Massenmarkt müsste man noch moderner werden.

— Die Reichweite ist für viele entscheidend, wenn es um E-Autos geht. Eine hohe Reichweite erfordert größere, schwerere Akkus. Das wirkt sich aber auf den Stromverbrauch aus. Wie sind da die Entwicklungen? Denken Sie, dass ganz normale E-Autos mit vollem Akku bald so weit fahren wie Benziner und Diesel?

Maximilian Fichtner: Ich habe privat noch einen Benziner, einen Alfa Spider. Der hat eine Reichweite von 550 Kilometern. Das schaffe ich mit einem E-Auto mittlerweile auch. Ein Toyota Mirai, ein Wasserstoffauto, hat eine Reichweite von rund 420 Kilometern, der Hyundai Nexo von 500 bis 550 Kilometern. Wenn ich jetzt nicht gerade einen Diesel hernehme, ist das Elektrofahrzeug mittlerweile besser oder kann besser sein als das mit einer anderen Technologie.

Man kann also sagen, dass der Geldbeutel die Reichweite bestimmt. Sie kriegen ja mittlerweile E-Modelle mit 700 Kilometern zu kaufen. Die sind nicht billig, aber die werden auf alle Fälle noch günstiger werden.

— Viele Menschen haben Angst, dass der Akku, das teuerste Teil im E-Auto, rasch hinüber ist. Vor eineinhalb Jahren sagten Sie, wer heute ein Elektroauto kauft, kann mit 2.000 vollen Be- und Entladezyklen rechnen, bis der Akku nur noch eine Kapazität von 80 Prozent hat. Das würde bedeuten, ein Auto mit 500 Kilometern Reichweite hätte dann eine Million Kilometer Leistung über die Lebensdauer. Wie ist der Stand heute?

Maximilian Fichtner: Er ist im Wesentlichen ähnlich, es gab in der Zwischenzeit einige Feldstudien, wo man sich an Vielfahrern angeschaut hat, wie rasch die Akkus altern. Und alle sind eigentlich besser gewesen als man vor ein paar Jahren noch dachte. Ich erzähle dazu gerne das Beispiel eines Bekannten. Der hat sich ein Haus in Valencia gekauft, das renoviert werden musste. Und dann hat er im Jahr 2021 einen gebrauchten Tesla Model S, Baujahr 2017, gekauft. Für dieses Baujahr war der lebenslang geladene Strom noch inkludiert, das heißt, dass das Auto, solange es fährt, kostenlos laden kann. Da war dann der Akku vier Jahre alt und hatte noch 97 Prozent Speicherqualität. Der Bekannte fährt damit noch heute nach Spanien.
Ich glaube eher, dass die meisten Leute ihr Auto aus anderen Gründen wechseln werden, etwa weil sie nach vierhunderttausend Kilometern wieder einmal ein anderes fahren möchten. Die Akkus, die ausgebaut werden, finden zurzeit sehr interessante Anwendungsbereiche. Es gibt ja das sogenannte Second Life Konzept, also das zweite Leben, wo man sagt, man kann damit ein Photovoltaikfeld abpuffern oder einen Windpark. Was ich jetzt gehört habe, ist, dass die Akkus auch nach Afrika gehen. Da gibt es Firmen, die in Dörfern in Mali, im Senegal und in Nigeria einen Akkupark aufbauen und die sagen, mit drei bis fünf Akkus können sie ein Dorf von 5.000 Leuten versorgen. Und die haben dann Licht, die können Abendmärkte veranstalten, die können damit kleinere Fahrzeuge, Elektro-Bikes und ähnliches versorgen. Vor allem auch große Kühlcontainer aufbauen, in denen die Leute ihre Feldfrüchte einlagern können. Und das ist extrem wichtig dort, denn bisher ernten sie das Gemüse, und wenn erst drei Tage später wieder Markt ist, ist ihnen in ihrem Klima in der Zwischenzeit die Hälfte schon verfault. Man hört, dass sich durch diese neuen Kühlcontainer die Produktivität vor Ort um 50 Prozent steigert. Und gleichzeitig gibt es dort jetzt die ersten Anfänge zur Elektromobilität, die überspringen sozusagen die Fossil-Kraftstoffe, die wir jetzt bei uns haben. Die sind für sie viel zu teuer. Sie machen lieber Photovoltaik und stecken den Strom dann in solche alten Batterien, die für diese Zwecke dann noch 10 bis 15 Jahre gut sind.

— Viele fürchten, dass es bei mehr E-Autos zu einem Blackout kommen könnte. Wir haben hier im ÖAMTC-Podcast aber auch schon gehört, dass Elektroautos einem Blackout entgegenwirken können, wenn das E-Auto, wenn es nicht fährt, am Netz hängt und im Ernstfall sogar das Stromnetz speisen könnte. Ist die Furcht vor Blackouts berechtigt – oder ist die Chance vielleicht größer?

Maximilian Fichtner: Das Elektroauto wird von Fachleuten für Energiesysteme eher als stabilisierendes Element betrachtet. Was es mittlerweile auch gibt, sind Apps, die einem sagen, wann man zu kostengünstigen Zeiten lädt und zu einer anderen Zeit auch wieder entlädt.
Dass das prinzipiell funktioniert, dass man einspeist und auch puffert, das haben wir im letzten Winter in den USA gesehen. Da gab es fürchterliche Winterstürme und da es gingen ständig die Leitungen kaputt. Und da hatten dann die Leute Glück, die so einen Tesla hatten. So ein Tesla hat 70 Kilowattstunden Batterie an Bord. Das ist ungefähr siebenmal ein klassischer Heimspeicher, der vielleicht zehn Kilowattstunden hat. Das heißt, die konnten dann ihr Haus eine Woche lang mit Strom versorgen. Und das ist natürlich ein enormer Faktor, der wird immer häufiger zum Einsatz kommen wird.

— Wir haben vorhin vom Zustand gesprochen, ab dem ein Akku im Auto eigentlich nicht mehr sinnvoll betrieben werden kann. Der liegt bei 80 Prozent. Das klingt ja ja nicht so schlecht, aber für Smartphones ist 80 Prozent Akkuleistung de facto kein Akku mehr. Ist das beim Auto-Akku so anders?

Maximilian Fichtner:Dieser Prozentwert bedeutet bei einem Auto-Akku, dass man, wenn die Batterie nur noch 80 Prozent Restkapazität hat, damit keine 500 Kilometer mehr weit kommt, sondern nur noch 400 Kilometer. Die Automobilindustrie hat sich irgendwann einmal darauf geeinigt, dass das die Schmerzgrenze ist. Die sollte ein Akku erst nach einer gewissen Zeitspanne oder einer gewissen Anzahl von Zyklen erreichen. Da sind wir auch mitten in einem klassischen Nachhaltigkeitsthema.

— Stichwort Lithium und Kobalt, die sind da ja ständig im Gerede. Inwiefern haben wir heute Möglichkeiten, diese Materialien nochmal zu verwenden?

Maximilian Fichtner:Da gibt es zwei Entwicklungen. Eine ist tatsächlich Recycling: Man entwickelt Prozesse, die mit möglichst wenig Energieaufwand die Sachen wieder herausholen. Das andere ist, dass man kritische Rohstoffe wie Kobalt generell vermeidet. Und das ist schon seit Anfang der Lithium-Ionen-Batterie klar gewesen ist. Denn Kobalt im Pluspol ist ja keine besonders gute Idee für große Batterien. Erstens, weil es sehr teuer ist, zweitens ist es giftig und dann macht es in großen Batterien unter Umständen auch noch Sicherheitsprobleme. Deshalb hat man graduell schon in den frühen 90er-Jahren daran gearbeitet, Kobalt langsam zu ersetzen. Im Auto sind dann vielleicht noch, je nach Hersteller, entweder 10 Prozent Kobalt im Pluspol oder bei Tesla vielleicht nur 2,8 Prozent drin. Oder, dorthin geht der generelle Trend, in Richtung null Prozent.
Die kritischen Rohstoffe werden verschwinden und der Rest muss recycelt werden. Das sieht jetzt eine Direktive der EU mit unterschiedliche Recyclingquoten vor. Da ist unglaublich viel Bewegung. Man geht also weg vom klassischen Recyclingverfahren, dass die Batterien geschreddert und dann werden die in den Ofen geschmissen und aufgeschmolzen werden, um aus diesem geschmolzenen Material die Metalle wieder herauszuholen. Mittlerweile macht man es eher so, dass man nur die Verbindung, in der das Element steckt, ein bisschen aufpimpt, damit sie wieder verwendet werden kann. Und das ist dann natürlich deutlich schonender und energiesparender als das klassische Hochofen-Verfahren.

— Sind all die Entwicklungen, von denen wir gesprochen haben, solche, die auch zu einem günstigeren Akkupreis und letztendlich einem günstigeren Anschaffungswert eines E-Autos hinführen?

Maximilian Fichtner:Generell muss man sagen, dass der Akkupreis in den letzten zehn Jahren um 90 Prozent gesunken ist. In den letzten ein, zwei Jahren ist er stagniert, weil der Lithiumpreis sehr stark stieg. Zuletzt ist wieder gesunken. Jetzt gibt es auch im Bereich der Fertigungstechnologie Neuigkeiten. Neue Gigafabriken werden dort aufgebaut werden, wo kostengünstiger erneuerbarer Strom vorhanden ist. In Deutschland gehen alle in den Norden, weil da die Windparks Kontingente abgeben und die Unternehmen das natürlich in ihrer Bilanz verwenden, damit es kein Greenwashing ist. Und das führt dann eben dazu, dass dann Firmen wie Northvolt jetzt Batterien mit einem Fußabdruck von 30 Gramm CO₂ pro Kilowattstunde angekündigt haben. Im Augenblick ist man noch bei 150. Das heißt, der Fußabdruck wird minimal, der Treibhausgasrucksack wird in Zukunft schon nach ein paar Monaten abgefahren sein, nicht mehr wie bisher nach mehreren. Also das geht eigentlich alles in die richtige Richtung. Und gleichzeitig werden Akkus and damit auch E-Autos billiger.