Elektroauto-Batterie: Aufbau, Leistung und Lebensdauer einfach erklärt

Wegen der hohen Energiedichte verbaut man in Elektroautos überwiegend Lithium-Ionen-Akkus. Sie sitzen bei den meisten E-Autos im Fahrzeugboden. Dort sind sie zwischen den massiven Grundträgern bei Unfällen am besten geschützt. Die Elektroauto-Batterie besteht grundsätzlich aus vier Teilen:

• Kathode: Pluspol
• Anode: Minuspol
• Separator: Eine Trennschicht, die verhindert, dass sich Kathode und Anode berühren
• Elektrolyt: Flüssigkeit, innerhalb derer die geladenen Teilchen wandern

Die Batterie kann durch das Aufladen immer wieder Energie aufnehmen und abgeben. Das nennt man Ladezyklus. Elektroauto-Batterien arbeiten also in zwei Richtungen. Sie speichern und liefern Energie, indem Lithium-Ionen zwischen zwei Elektroden (Anode und Kathode) in einem flüssigen Lithium-Elektrolyt hin und her wandern.

Sobald das E-Auto startet, entlädt sich die Batterie. Dann passiert Folgendes:

An der Anode werden negativ geladene Teilchen, die sogenannten Elektronen, frei und strömen zur Kathode. Der Separator lässt aber nur die positiv geladenen Lithium-Ionen durch. Die Elektronen müssen, um die Ladung auszugleichen, den Weg über den äußeren Stromkreis gehen – und treiben dadurch den Motor an.

Beim Aufladen der Batterie läuft der Prozess in die andere Richtung ab. Die Lithium-Ionen fließen dann durch den Elektrolyten von der Kathode zur Anode.

Die Leistung einer Elektroauto-Batterie: So viel Power steckt drin

Neue Elektroautos besitzen eine Batteriekapazität zwischen 20 und über 100 kWh. Eine der höchsten Kapazitäten hat derzeit der Mercedes-Benz EQS mit 118 kWh Batteriekapazität. Die Kapazität alleine ist aber nicht entscheidend für den Kauf. Es kommt viel eher auf das Fahrverhalten an, ob sich eine große Batterie überhaupt lohnt.

Laut einer Studie des International Council on Clean Transportation (ICCT) brauchen die meisten keine große Batterie bei ihrem E-Fahrzeug. Für dieses Ergebnis analysierte ein Forschungsteam über ein Jahr lang drei verschiedene Nutzertypen und simulierte das entsprechende Fahrverhalten. Sie verglichen kurze Strecken (22 km täglich pro Woche), mit 34 Kilometer täglich bis über 1.000 Kilometer pro Woche. Die getesteten Batteriegrößen bewegten sich bei 28, 58, 87 und 116 kWh. 

Das Ergebnis zeigte, dass man für Fahrten unter 34 Kilometer pro Tag keine große Batterie braucht. 28 kWh reichen aus, ohne dass man zwischendurch laden muss. Die große Batterie lohnt sich aber für Langstrecken. Mehr dazu auch hier: Elektroauto Reichweite

Gut zu wissen: Eine Person in Deutschland legt jährlich gut 12.500 Kilometer zurück, also weniger als 35 Kilometer pro Tag.

Zum Vergleich sehen wir uns die Batteriekapazitäten und die zugehörigen Reichweiten von 13 verschiedenen E-Fahrzeugen an, die vom ADAC im Praxistest ermittelt wurden.

Warum lässt die Leistung einer Elektroauto-Batterie nach?

Die Leistung lässt mit der Zeit nach, weil die Lithium-Ionen mit der Zeit weniger werden. Sie reagieren mit Elektrolyten und lagern sich an der Anode ab. Mit der Zeit wird die Schicht aber dicker und es können immer weniger Ionen am Kreislauf teilnehmen. 

Manchmal entstehen auch Risse im Grafit der Anode, in denen immer wieder Ionen eingeschlossen werden. Und bei starken Temperaturschwankungen verwandelt sich das Lithium in unlösliche Verbindungen, was auch den Stromfluss hindert.

Wie lange hält eine Elektroauto-Batterie?

Das kanadische Unternehmen Geotab forscht an Fahrzeugflotten und kam bei einer Analyse von 10.000 E-Autos auf einen durchschnittlichen Kapazitätsverlust der Batterie von 1,8 Prozent pro Jahr. Sobald der Akku nur noch 70 bis 80 Prozent seiner Kapazität liefert, reicht er für den Antrieb eines E-Autos nicht mehr aus. Den Berechnungen von Geotab zufolge passiert das also frühestens nach gut elf Jahren.

Bei den meisten Autoherstellern erlischt die Garantie auf die Batterie nach acht Jahren oder 160.000 Kilometern. Bei Mercedes sind es immerhin zehn Jahre bzw. 250.000 Kilometer bei der Luxuslimousine EQS. Entscheidend sind übrigens die Ladezyklen. Je mehr es sind, desto schneller altert der Akku. Wer sein Auto also möglichst lange fahren möchte, sollte sich für ein Modell mit großem Akku entscheiden. Das muss man weniger oft laden. 

Was kostet eine E-Auto-Batterie?

Als das Herzstück des E-Autos ist die Batterie folglich die teuerste Komponente der Kosten für ein Elektroauto. Die Preise variieren je nach Modell und starten bei gut 6.000 Euro für einen Mittelklassewagen. Bei Luxusfahrzeugen wie einem Tesla kann die Batterie bis zu 20.000 Euro kosten. Beim Preis kommt es vor allem auf den Marktpreis für Lithium an. Eine klare Ansage zu den Kosten für Ersatzakkus gibt es von den Herstellern leider nicht. Manche sprechen von 200 Euro pro Kilowattstunde.

Das Gute: Nur weil die Leistung sinkt, braucht es nicht gleich einen neuen Akku. Bei einer E-Auto-Batterie kann man auch einzelne leistungsschwache Zellmodule austauschen.

Wie wird die Lebensdauer einer Elektroauto-Batterie verlängert?

Wer seine E-Auto-Batterie pfleglich behandelt, verlängert ihre Lebensdauer. Daher sollte man gewisse Dinge beim E-Auto vermeiden und andere unbedingt machen. Wir haben die wichtigsten Punkte zusammengefasst:

Was passiert mit einer kaputten E-Auto-Batterie?

E-Auto-Batterien, die über weniger als 70 Prozent ihrer Kapazität verfügen, sind als solche nicht mehr zu gebrauchen. Stattdessen kommen sie im zweiten Lebenszyklus als stationärer Speicher für Privathaushalte infrage. Schaltet man mehrere solcher Akkus aneinander, können sie sogar als Großspeicher in Fabriken oder kommunalen Gebäuden dienen.

So zum Beispiel im BMW-Werk in Leipzig. Seit 2017 gibt es dort einen stationären Speicher aus 700 zusammen geschalteten Akkus des i3. Sie speichern den von BMW erzeugten Solar- und Windstrom, der dann für die Produktion genutzt wird.

Erst nach weiteren gut zehn Jahren als Hausspeicher werden die Batterien recycelt. Insgesamt sind E-Auto-Batterien also 20 Jahre im Einsatz, ehe sie recycelt werden. Die EU-Verordnung über Batterien und Altbatterien legt fest, dass der Fahrzeughersteller für das Recycling verantwortlich ist. Er muss also die Batterie kostenlos zurücknehmen und sich um das Recycling kümmern. Das gilt in China und der EU.

Eine E-Auto-Batterie ist zwischen 200 und 600 Kilogramm schwer. Im 58 kW großen und 400 Kilogramm schweren Akku eines VW ID.3 stecken zum Beispiel folgende Rohstoffe:

• 126 kg Aluminium
• 71 kg Graphit
• 22 kg Kupfer
• 12 kg Mangan
• 9 kg Kobalt
• 8 kg Lithium

Aktuell spielen die kaputten Autobatterien noch keine große Rolle am Recyclingmarkt. Das ändert sich spätestens 2035, wenn die erste große Welle an Batterien aus E-Autos recycelt werden muss. Heute kann schon ein großer Teil der Materialien wiedergewonnen werden. Vor allem bei Lithium sind die Arbeitsschritte aber noch sehr energieintensiv und damit teuer.

Derzeit werden die Batteriezellen erhitzt und eingeschmolzen oder geschreddert, um die Rohstoffe wiederzugewinnen. Beide Verfahren sind aber noch teuer und werden in den nächsten Jahren optimiert.

Wie nachhaltig ist eine Elektroauto-Batterie?

Eine aktuelle Studie des Ifeu-Instituts (Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg) fand heraus, dass ein E-Auto 59 Prozent weniger CO₂ verursacht als Diesel und 53 Prozent weniger als Benziner. Diese Zahlen beziehen sich auf die gesamte Lebenszeit eines Autos, inklusive Herstellung bis zum Lebensende inklusive Recycling.