Kleinere Batterien und ultraschnelle Ladevorgänge: Ist das die Zukunft der Elektroautos?

Die Zukunft des Elektroautos hängt davon ab, eine komplexe Gleichung zu lösen: die Herstellungskosten sowie den Ressourcenverbrauch zu senken, ohne die Fahrer dazu zwingen zu müssen, auf die Vielseitigkeit zu verzichten, die sie von ihrem Fahrzeug erwarten. Die Batterien spielen bei dieser Herausforderung eine entscheidende Rolle – sowohl wegen ihres Preises als auch wegen des Gewichts, das sie dem Gesamtsystem hinzufügen. Ihre Verkleinerung könnte einer der Schlüssel dazu sein, erschwinglichere Elektroautos zu schaffen – allerdings gibt es eine Bedingung, die man nicht übersehen darf.

Der Vorschlag zwingt dazu, eine der Prioritäten der Branche neu zu überdenken – schließlich setzt sie seit Jahren auf den Wettlauf um immer größere Batterien, um eine immer längere Reichweite zu ermöglichen. Anstelle dieses Ansatzes schlägt die Französische Agentur für ökologische Transition (Ademe) vor, sich auf leichtere Fahrzeuge und kleinere Batterien zu konzentrieren. Das Problem ist, dass eine geringere Kapazität eine kürzere Reichweite bedeutet, wodurch das Aufladen einen weitaus größeren Stellenwert einnehmen müsste.

Die Idee klingt auf dem Papier sinnvoll. Eine kleinere Batterie kostet weniger, benötigt weniger Materialien und ermöglicht es, das Gewicht des Fahrzeugs zu verringern. Zudem kann sie dazu beitragen, den Verschleiß der Reifen sowie die strukturellen Anforderungen an das Chassis zu senken. Allerdings wird es nicht einfach sein, die Käufer davon zu überzeugen, auf einen Teil der Reichweite zu verzichten – insbesondere da die Preise für Elektroautos weiterhin ein Hindernis für viele Fahrer darstellen. Eine Alternative wäre es, diese geringere Kapazität durch viel schnellere Ladevorgänge auszugleichen, doch hier treten neue technische und wirtschaftliche Herausforderungen auf.

Eine kleine Batterie, die in wenigen Minuten geladen werden kann

Nun, würde ein Käufer eine 30 kWh starke Batterie in einem kompakten SUV akzeptieren, wenn das bedeutet, dass nur noch eine Reichweite von etwa 200 Kilometern bleibt? Für viele Fahrer kann diese Kapazität für tägliche Fahrten ausreichen, insbesondere wenn sie über einen Haushaltslader verfügen. Allerdings wären lange Fahrten weiterhin ein Problem, wenn alle anderthalb bis zwei Stunden eine Pause zum Aufladen nötig wäre und man dabei eine halbe Stunde oder länger warten müsste. Deshalb besteht der Vorschlag nicht nur darin, kleinere Batterien zu installieren, sondern auch darin, die Pausen kürzer zu gestalten.

Schnelles Aufladen sollte zu einem Werkzeug werden, das einen großen Teil dieses Verlusts an Reichweite ausgleichen kann. Anstatt eine große Menge an Energie, die im Fahrzeugboden gespeichert ist, mitzuführen, könnte der Fahrer auf das Netz zurückgreifen, wenn er seine Reichweite wieder auffüllen muss. Auf diese Weise könnte eine kleinere Batterie die täglichen Fahrten bewältigen und eine angemessene Einsatzfähigkeit auf der Straße gewährleisten, vorausgesetzt, die Ladestationen sind gut verteilt und bieten kontinuierlich hohe Leistungen.

Aber es gibt einen wichtigen Unterschied zwischen der Angabe einer hohen maximalen Ladeleistung und deren Beibehaltung über einen erheblichen Teil der Ladesitzung. Einige Elektroautos erreichen zwar für kurze Zeit beeindruckende Werte, doch die Leistung sinkt, je höher der Ladezustand wird oder wenn die Batterietemperatur nicht optimal ist. Damit diese Strategie funktioniert, reicht es nicht aus, nur einen auffälligen Leistungspeak zu erreichen: Es wäre notwendig, eine sehr schnelle Aufladung über einen ausreichend langen Ladezeitraum aufrechtzuerhalten.

Dort beginnen die Komplikationen. Eine kleine Batterie, die eine Leistung von 300 bis 400 kW aufnehmen soll, muss so konzipiert sein, dass sie einen sehr hohen Energiefluss aushält, ohne vorzeitig zu versagen oder übermäßige Temperaturen zu erreichen. Dafür sind eine geeignete Chemie, fortschrittliche Leistungselektronik sowie ein Kühlsystem erforderlich, das die Wärme schnell abführen kann. Einige Lösungen, wie die direkte Kühlung der Zellen mit Flüssigkeiten, waren bislang hauptsächlich für Hochleistungsfahrzeuge und Premium-Modelle vorgesehen.

All dieses Equipment nimmt Platz in Anspruch, erhöht das Gewicht und steigert die Herstellungskosten. Die Technologie könnte in einem teuren Familien-SUV Platz finden, doch in ein preiswertes Stadtauto zu übertragen ist weitaus schwieriger. In kleinen Fahrzeugen zählen jedes Kilogramm und jeder Zentimeter, und ein ausgefeiltes Kühlsystem könnte einen Teil der durch geringere Batteriekapazität erzielten Ersparnisse aufbrauchen. Einfachere Kühllösungen wiederum können die Ladeleistung auf langen Strecken einschränken.

Die Kosten eines Ultraschnell-Ladennetzes

Der ideale Einsatzfall für diese Strategie wäre ein Elektroauto mit einer Batteriekapazität von etwa 50 kWh, das auf Autobahnen eine tatsächliche Reichweite von rund 250 km hat. Für den Alltag ist das mehr als ausreichend. Bei Reisen würden ultraschnelle Ladestationen es ermöglichen, in kurzen Pausen die benötigte Energie wieder aufzuladen. Auf diese Weise könnte die Industrie die Größe der Batterien verringern, ohne die Fahrer gezwungen zu haben, notwendigerweise mit einer deutlich eingeschränkteren Nutzererfahrung auszukommen.

Doch damit dieses Konzept funktioniert, ist eine Infrastruktur erforderlich, die noch nicht überall verfügbar ist. Ladepunkte, die 400 kW oder mehr liefern können, sind weiterhin seltener als solche mit geringerer Leistung und erfordern elektrische Anlagen, die in der Lage sind, einen erheblichen Bedarf zu bewältigen. Das Problem endet nicht mit dem Kauf der Ladegeräte: Man muss auch die Netzanschlussmöglichkeiten, die Anforderungen an die Umspannung sowie die verfügbare Kapazität am jeweiligen Standort berücksichtigen.

Die in Frankreich veröffentlichte Analyse legt nahe, dass eine Station mit etwa sechs Hochleistungs-Ladepunkten vor Steuern, sofern die Stromverbindung mit einbezogen wird, auf eine Summe von fast einer Million Euro kommen kann. Die Investitionskosten können steigen, wenn der Standort keine geeignete Anbindung aufweist und ein spezieller Transformator installiert werden muss. Hinzu kommen die Wartungskosten sowie die mit der gebuchten Leistung verbundenen Ausgaben, die in Anlagen, die dafür ausgelegt sind, mehrere Fahrzeuge gleichzeitig zu versorgen, besonders hoch sein können.

Das Problem besteht darin, dass diese Infrastrukturen rentabel sein müssen. Wenn die Stationen zu wenige Nutzer erhalten, wird es schwierig sein, die Investition wieder hereinzuholen. Und wenn die Bau- und Betriebskosten hoch sind, müssen die Betreiber Wege finden, diese Kosten an ihre Kunden weiterzugeben. In diesem Szenario könnte die Ersparnis, die durch den Kauf eines Elektroautos mit kleinerer Batterie entsteht, durch die Kosten für jedes Aufladen wieder aufgehoben werden – insbesondere bei langen Fahrten und an Stromstellen mit hoher Leistung.

Die Vorschläge der Ademe eröffnen somit eine Debatte, die über die Kapazität von Batterien hinausgeht. Das Herstellen leichterer und erschwinglicherer Elektroautos kann eine gute Möglichkeit sein, den Materialverbrauch zu verringern und deren Zugang für mehr Fahrer zu erleichtern. Es erscheint jedoch unvernünftig, davon auszugehen, dass ein Netzwerk für ultraschnelles Laden die Hochkapazitätsbatterien einfach ersetzen kann. Damit der Wandel sich lohnt, muss man den Preis des Fahrzeugs, seine tatsächliche Reichweite, die Ladegeschwindigkeit sowie die Kosten für die Infrastruktur in Einklang bringen.

Kurz gesagt muss die Zukunft nicht zwischen Elektroautos mit riesigen Batterien und Modellen mit zu begrenzten Kapazitäten aufgeteilt sein. Der Schlüssel liegt darin, einen Mittelweg zu finden, der es ermöglicht, Kosten zu senken, ohne jedes lange Fahrten in ein Martyrium aus langen Wartezeiten an jeder Station zu verwandeln, und der Autos bietet, die unseren täglichen Bedürfnissen gerecht werden, uns aber gleichzeitig das Reisen ohne den Einsatz von Hunderten von kWh ermöglicht.