Elektroautos für die Langstrecke Weiter, immer weiter!

Manche Elektroautos kommen mit einer Batterieladung inzwischen fast so weit wie Benziner – die Akkus werden besser und günstiger. Doch wie sinnvoll sind immer neue Reichweitenrekorde überhaupt?
Das US-Elektroauto Lucid Air soll noch in diesem Jahr auf den Markt kommen und eine Reichweite von 832 Kilometern bieten. Das wäre ein neuer Bestwert.

Das US-Elektroauto Lucid Air soll noch in diesem Jahr auf den Markt kommen und eine Reichweite von 832 Kilometern bieten. Das wäre ein neuer Bestwert.

Foto: Lucid

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Wie weit sollte ein Elektroauto mit einer Batterieladung kommen? Autofahrern genügen offenbar 470 Kilometer, das haben mehrere Umfragen in Deutschland ergeben. Die Distanz entspricht etwa den Strecken Hamburg-Dresden, Köln-Leipzig oder Berlin-Nürnberg.

Doch die meisten Autohersteller geben sich nicht damit zufrieden. Stattdessen wird geklotzt. Mercedes etwa bietet die Elektrolimousine EQS mit einer Reichweite von 770 Kilometer an (gemäß dem Prüfzyklus WLTP) — der aktuelle Bestwert für elektrische Serienautos. Die S-Klasse schafft als Benziner kaum mehr.

Wer von München nach Hamburg fährt, dem genügt im EQS bei Idealbedingungen eine Akkuladung. Ein E-Auto mit der favorisierten Durchschnittsreichweite von 470 Kilometern bliebe bei Kassel stehen. Ladepause!

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Audi, Tesla, Mercedes und Co.: Die elektrischen Reichweiten-Könige

Foto: Sono Motors

München-Hamburg im Elektroauto ist sicher ein Extrembeispiel. Und doch illustriert es Fragen, die Industrie und Kunden gerade umtreiben: Wie groß muss die Batterie sein, damit das Elektroauto in Sachen Komfort eine Alternative zu Diesel und Benzinern ist? Wie viele Ladepausen im Elektroauto sind zumutbar? Und wie werden Stromer bezahlbar und auch einigermaßen nachhaltig?

Etwas überraschend hat Tesla-Chef Elon Musk Anfang Juni die Erwartungen der Fans gedämpft: »Bei Reichweiten von mehr als 400 Meilen [ca. 644 km] spielen zusätzliche Extrameilen nicht mehr wirklich eine Rolle.« Im Grunde gebe es sowieso keine so langen Fahrten, bei denen nicht mindestens eine Pinkelpause eingeplant werde, erklärte Musk dem amerikanischen Elektroauto-Portal »Electrek«. Diese Pause könnte zum Laden genutzt werden.

Mit diesen Worten begründete Musk, weshalb das groß angekündigte Tesla Model S Plaid Plus kurzerhand gestrichen wurde, samt der Reichweitenansage von 837 Kilometern. Die normale »Plaid«-Variante kommt 630 Kilometer weit, das Model S »Long Range« 650 Kilometer.

Geringer Verbrauch vs. großer Energievorrat

Um in solche oder noch höhere Reichweitenregionen zu gelangen, haben Autohersteller zwei Möglichkeiten. »Entweder sie drücken den Energieverbrauch des Wagens, oder aber sie verpassen dem Fahrzeug Batterien mit mehr Speicherkapazität«, sagt Markus Hölzle, Professor für Elektrochemie am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) in Ulm. »An beiden Stellschrauben kann man weiterdrehen.«

Um den Energieverbrauch zu senken, optimieren die Hersteller meist die Aerodynamik. Honda verpasste dem Stadtwagen Honda E Minikameras anstelle herkömmlicher Außenspiegel. Das macht den Wagen windschlüpfiger und bringt ein paar Extrakilometer. Mercedes schliff den EQS so glatt, dass im Windkanal ein Wert von 0,20 cW erzielt wurde — eine Bestmarke für Serienautos.

Effizienzsprünge sind möglich

An der kratzt derweil das niederländische Start-up Lightyear. Dessen Limousine Lightyear One, die noch entwickelt wird, soll einen cW-Wert von unter 0,20 erreichen. Als Reichweite für das Auto, das erst in ein paar Jahren auf die Straßen kommen soll, gibt Lightyear 725 Kilometer an. Der Clou: Mit rund 60 kWh Speicherkapazität ist der Akku des niederländischen Fabrikats erheblich kleiner als die 108-kWh-Batterie des EQS, die für 770 Kilometer reicht.

Zur große Reichweite tragen Solarpanele auf dem Dach des Autos bei. Sie speisen zusätzliche Energie in die Batterie. Hinzu kommt eine besonders leichte Karosserie aus Aluminium und Kohlefaser. Der Lightyear One soll nur 1,3 Tonnen wiegen – das wäre gut eine Tonne weniger als Daimlers Luxuslimousine (2,48 Tonnen).

Die Reichweite lässt sich natürlich auch ganz schlicht erhöhen, indem der Stromspeicher vergrößert wird. Das Modell Air der Firma Lucid soll 832 Kilometer zurücklegen – wenn es denn wie angekündigt gegen Ende des Jahres auf den Markt kommt. Ermöglichen soll es ein 113 kWh-Akku. Federführend bei dem Unternehmen ist Ex-Tesla-Ingenieur Peter Rawlinson.

Generell gilt: Kleiner ist vernünftiger

Doch um mehr Energie zu speichern, müssen Akkus nicht zwingend größer und schwerer werden. »Es geht darum, dass mehr Energie pro Volumeneinheit gespeichert werden kann«, sagt Batterieexperte Hölzle. »Die Grenze des Machbaren ist dann der im Auto zur Verfügung stehende Bauraum.« Es ist kein Zufall, dass die Autos mit den größten Reichweiten vor allem ausladende Limousinen und voluminöse SUV-Modelle sind.

Das muss jedoch nicht so bleiben. Allein in den vergangenen zehn Jahren wurde die Energiedichte der Lithium-Ionen-Akkus verdoppelt. Derzeit können pro Kilogramm Batteriegewicht bis zu 250 Wattstunden gespeichert werden. Ziel der Industrie sind 400 Wattstunden pro Kilogramm in den nächsten 10 bis 20 Jahren.

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»Natürlich wäre es aus energetischer Sicht wünschenswert, mit einem kleinen Pkw und einem kleinen Akku unterwegs zu sein«, sagt Batterieforscher Maximilian Fichtner, Professor am Helmholtz-Institut in Ulm sowie am Karlsruhe Institut of Technology (KIT). So setzt die Produktion eines kleineren Akkus weniger CO₂ frei und es werden weniger kritische Rohstoffe benötigt.

Drei Aspekte seien zentral, um den Lithium-Ionen-Akku in Zukunft ökologisch verträglicher zu machen, sagt Batterieexperte Fichtner: »Erstens: weniger kritische Rohstoffe in der Batterie. Zweitens: neue Herstellungsprozesse, die ohne giftige Lösungsmittel auskommen und die deutlich weniger Energie verbrauchen. Und drittens: konsequente Verwendung von erneuerbarer Energie bei der Batterieherstellung.«

So wird der CO₂-Abdruck kleiner

Punkt drei wird bereits umgesetzt. Alle europäischen Batterie-Fabriken, die derzeit oder demnächst in Betrieb gehen, werden künftig mit regenerativer Energie versorgt. »Der CO2-Fußabdruck eines E-Autos ist dann bereits von Beginn kleiner als der eines Verbrenners — und nicht erst nach 20.000 Kilometern Fahrt, wie es derzeit noch der Fall ist«, sagt Fichtner. Manche Studien setzten die Kilometerzahl, ab der sich ein E-Auto unter Klimaaspekten amortisiert, höher an als Fichtner.

Damit die Autos nicht nur mit einem kleineren CO2-Rucksack losfahren, sondern auch weit kommen, wird auch mit dem Design der Akkus experimentiert. So sollen künftig mehr Batteriezellen platzsparender im Wagen verteilt werden. Beim aktuellen Batteriedesign entfalle nur knapp ein Viertel des benötigten Raums auf das eigentliche Speichermaterial, sagt Batterieforscher Fichtner. »Der Rest ist quasi Verpackung.« Was mit formalen Änderungen möglich ist, zeigte Tesla mit dem im vergangenen Jahr vorgestellten Rundzellen-Aufbau . Fichtner: »Allein durch die neue Form der Batteriezellen wurde deren Speicherkapazität um bis zu 19 Prozent erhöht.«

Nächste Stufe: Feststoff-Akku

Die kontinuierliche Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Batterie bedeute auch »eine kontinuierliche Verbesserung der durchschnittlichen Reichweite«, sagt Batterieforscher Hölzle. Andere Batterietechnologien sind daher im Moment weniger im Fokus. Natrium-, Kalzium- oder Magnesiumbatterien sind noch Jahre von der Serienentwicklung entfernt.

Das größte Potenzial sieht Hölzle in der Feststoffbatterie. »Chemisch gesehen handelt es sich bei der Feststoffbatterie um eine Lithium-Ionen-Batterie«, erklärt er. Fortschritt beim Lithium-Ionen-Akku ist also auch gleichbedeutend mit Fortschritt beim Feststoffakku. Der bietet zudem genau dort Vorteile, wo der aktuelle Lithium-Ionen-Akku schwächelt: bei niedrigen Temperaturen und bei der Schnellladefähigkeit.

BMW, Toyota und Ford haben angekündigt, in den nächsten Jahren Fahrzeuge mit Feststoff-Akku zu präsentieren. In der Zwischenzeit treiben die Hersteller die Reichweite der bisherigen Lithium-Ionen-Akkus weiter in die Höhe.

Welches Potenzial noch in der Batterie steckt, will Tesla nächstes Jahr zeigen: Der neue Roadster soll dann dank des überarbeiteten Batteriedesigns mit einem 250-kWh-Akku auf 1000 Kilometer Reichweite kommen. Hölzle sagt: »Irgendwann wird die Festkörperbatterie kommen — aber sie wird kein Quantensprung mehr sein.«

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