Öko-Flitzer Spritpreisschock macht Elektroauto-Techniker kreativ

Elektroautos werden immer attraktiver - allein die Akkus machen Ärger. Seit Jahrzehnten verzweifeln Ingenieure daran, die kleinen Stromspeicher sicher und bezahlbar zu machen. Doch der hohe Benzinpreis macht erfinderisch: Entwickler brüten über neuen Ideen für praxistaugliche E-Flitzer.

Von Alexander Stirn


Mitunter brauchen Erfindungen ein paar Jährchen, um den Durchbruch zu schaffen. Als Ferdinand Porsche im Jahr 1900 auf der Pariser Weltausstellung ein Elektroauto vorstellte, erntete er viele bewundernde Blicke. Das Fahrzeug war, besonders in seiner Allrad-Variante, deutlich schneller als die Gefährte der Konkurrenz. Es gab allerdings ein Problem, und das wog schwer: Die Blei-Akkus, die den Motor mit Strom versorgten, wogen stattliche 1,8 Tonnen und ließen den Elektroporsche vor jeder Steigung kapitulieren. Ferdinand Porsche, der mit der Erfindung des VW Käfer Geschichte schreiben sollte, wandte sich alsbald Verbrennungsmotoren zu.

Mehr als hundert Jahre später ist Porsches Idee eines Elektrofahrzeugs aktueller denn je – nur das Batterieproblem ist noch immer nicht gelöst: Zwar wollen in den nächsten Jahren fast alle großen Autohersteller Modelle auf den Markt bringen, in denen Elektromotoren die Arbeit des Benzinaggregats übernehmen oder es zumindest in Form eines Hybrid-Antriebs unterstützen. Sichere, kompakte und wirklich leistungsfähige Akkus müssen dafür aber noch entwickelt werden.

Erst am Montag hat der US-Präsidentschaftskandidat John McCain ein Preisgeld von 300 Millionen Dollar für die "heroische Ingenieursleistung" ausgelobt, einen billigen und leistungsfähigen Auto-Akku zu schaffen. Einen großen Hoffnungsträger gibt es bereits. Er nennt sich Lithium-Ionen-Akku und versorgt bislang Laptops, Handys sowie MP3-Spieler – mehr oder weniger zuverlässig – mit Strom. "Die Lithium-Ionen-Technologie hat ein sehr hohes Entwicklungspotential, mit dem eines Tages die Anforderungen der Autoindustrie erfüllt werden könnten", sagt Wedigo von Wedel vom Forschungszentrum Jülich.

Im Toyota Prius, dem bislang meistverkauften Hybridauto, kommt seit Jahren ein Nickel-Metallhydrid-Akku zum Einsatz. Verglichen damit kann eine gleich große Lithium-Ionen-Batterie doppelt bis viermal so viel Energie speichern; kleinere oder leistungsstärkere Akkus sind möglich. Im Auto, wo Stauraum und Gewicht eine große Rolle spielen, wäre das ein enormer Vorteil. Allerdings haben Lithium-Ionen-Akkus nicht den besten Ruf. Hersteller wie Sony, Dell und Nokia mussten ihre kleinen Stromspeicher in den vergangenen Jahren millionenfach zurückrufen, weil einzelne Batterien explodiert waren.

Explosionsgefahr in heißen Akkus

Das Problem: Durch starke Belastung, hohe Temperaturen oder Verunreinigung bei der Herstellung kann in den Akkuzellen Sauerstoff freigesetzt werden. Der wiederum reagiert heftig mit den flüssigen Elektrolyten in der Batterie. "Ein Auto darf natürlich niemals abbrennen, weder beim Laden in der Garage noch bei Unfällen und auch nicht an heißen Tagen", sagt von Wedel. Bei Mercedes-Benz, wo im kommenden Jahr in einer Hybrid-S-Klasse eine der ersten autotauglichen Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz kommen soll, setzen die Ingenieure daher auf eine schützende Edelstahlbox und aktive Kühlung: Der gesamte Akku soll in den Klimakreislauf des Wagens eingebunden werden. Auf diese Weise werde er nie kälter als 15 Grad, erhitze sich aber auch nie über 35 Grad, erklärt Daimler-Sprecher Matthias Brock. Das verlängere zudem die Lebensdauer und sichere die maximale Leistungsfähigkeit.

Auch innerhalb der Akkuzellen versuchen Ingenieure, dem explosiven Potential Herr zu werden. Derzeit bestehen die Elektroden von Lithium-Ionen-Batterien meist aus einer Kobalt-Verbindung. Doch das Schwermetall ist nicht nur selten und teuer, es erhitzt sich auch leicht. In Autoakkus soll es daher durch billige Eisenphosphate ersetzt werden. Die bleiben kühler und haben zudem die angenehme Eigenschaft, den gefährlichen Sauerstoff zu binden. Allerdings könnte die Kapazität der Batterie unter den neuen Materialien leiden.

Forscher des Würzburger Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung gehen deshalb einen anderen Weg. Auf der Hannover-Messe vor zwei Monaten haben sie den Prototypen eines Lithium-Ionen-Akkus vorgestellt, in dem die feurigen organischen Elektrolyte durch ein festes, nicht brennbares Polymer ersetzt wurden. "Das verbessert die Sicherheit des Akkus erheblich", sagt Projektleiter Kai-Christian Möller. Gleichzeitig könne der Elektrolyt aufgrund seiner festen Beschaffenheit nicht mehr auslaufen.

Intelligente Elektronik soll Lebensdauer verlängern

Mindestens zehn Jahre soll künftig ein Autoakku durchhalten, so die Vorgaben der Entwickler von General Motors, die 2010 mit dem Chevrolet-Elektromobil "Volt" an den Start gehen wollen. Wird der Wagen jeden Tag mindestens einmal an die Steckdose gehängt, würde das rund 4000 Ladezyklen bedeuten. In den Augen der Experten ein ambitionierter, aber durchaus realistischer Wert – allerdings nur wenn eine intelligente Elektronik dafür sorgt, dass der Akku nie zu stark entladen und nie übermäßig aufgeladen wird.

Wie schwer und wie kraftvoll Hochleistungsakkus der Zukunft sein werden, vermag dagegen niemand abschließend zu sagen. Wolfgang Steiger, Leiter der Antriebsforschung bei Volkswagen, hat einem Bericht der "Süddeutschen Zeitung" zufolge 200 Forschern genau diese Frage gestellt. Die Einschätzung der Ingenieure: Mittelfristig könnte eine hundert Kilogramm schwere Batterie ein Auto etwa 70 Kilometer weit bringen. Mehr als hundert, allenfalls 200 Kilometer mit einer Akkuladung will derzeit keiner der großen Autohersteller garantieren. Dann muss der Wagen wieder ans Stromnetz.

Dank dicker Leitungen dauere so ein Ladevorgang zwar keine Ewigkeit, eine halbe Stunde müssten Autofahren aber schon einplanen, sagt der Jülicher Forscher von Wedel. "Und das kann man eigentlich niemandem nach nur 200 Kilometern zumuten." Ein Elektroauto für Langstrecken brauche daher Hilfe – entweder in Form eines zusätzlichen Benzinmotors oder einer Brennstoffzelle, die den nötigen Strom erzeugen.

Reichweiten-Problem bleibt vorerst ungelöst

Erst bei einer Batteriereichweite von 500 Kilometern und Ladezeiten im Minutenbereich könne ein reines Elektroauto auch bei langen Fahrten eine Alternative zu heutigen Benzinern sein. "Doch das ist momentan mit keiner Batterie zu machen", sagt von Wedel. "Und nach allem, was wir heute von Chemie und Physik wissen, wird sich das auch nicht so schnell ändern."

Vielleicht ist es aber auch gar nicht nötig. Shai Agassi, ehemaliger Entwicklungsvorstand beim Softwarekonzern SAP, will Länder wie Israel und Dänemark nicht nur mit 500.000 Steckdosen überziehen, an denen Elektroautos nachts, während der Arbeit oder des Einkaufbummels aufgeladen werden können. Der Informatiker plant auch 150 Akkuwechselstationen. Dort sollen Autos – ähnlich wie in einer Waschstraße – automatisch eine neue Batterie und damit eine volle Ladung verpasst bekommen.

Möglich würde das, weil Agassis Autofahrer ihre Hochleistungsakkus, die womöglich mehr als 10.000 Euro pro Stück kosten werden, nicht mehr kaufen müssten. Stattdessen zahlen sie wie bei einem Handyvertrag nur noch für deren Nutzung. Der eigentliche Akkuwechsel soll dann nicht länger als eine Minute dauern. "Schließlich", sagt Agassi, "müssen wir nicht mehr mühsam Elektronen hin- und herschieben, sondern einfach eine komplette Batterie."



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