E-Auto-Akku: Kapazität, Lebensdauer und Entsorgung

Die Kehrseite: Die Forschung und Entwicklung von Prototypen ist extrem ressourcenintensiv und verursacht viel Müll. In den Recyclingstätten landet derzeit mehr Ausschuss aus der E-Auto-Akku-Produktion als alle anderen Akkus – etwa aus Handys und Laptops – zusammen.

Du willst wissen, wie E-Auto-Batterien recycelt werden? Hier springst du zur Antwort!

Bessere Raumnutzung mit Cell-to-Pack (CTP)

Normalerweise besteht ein E-Auto-Akku aus acht bis zwölf Modulen, in denen die eigentlichen Batteriezellen liegen. Mit der Cell-to-Pack-(CTP)-Technologie fallen diese Module weg. Die Zellen werden direkt in das Paket eigesetzt. Die Vorteile: weniger Material, geringeres Gewicht und bessere Raumausnutzung. CTP-Batterien können so 40 Prozent weniger Komponenten enthalten und trotzdem eine 20 Prozent höhere Energiedichte haben.

Der große Nachteil: Geht eine Batteriezelle kaputt, muss die gesamte Batterie repariert werden. Das kann ungleich teurer sein als das Austauschen eines einzelnen Moduls. Außerdem ist das Überwachen der vielen einzelnen Zellen auf Spannung und Temperatur bei der CTP-Methode komplexer. Insgesamt braucht die Methode eine noch präzisere Fertigung als die der klassischen Batterien.

Batteriezellen als Teil der Autokarosserie

Die Cell-to-Body-(CTB)-Technologie geht noch weiter. Schon heute sind Autos auf der Straße, deren Akku Teil der Autokarosserie ist. Damit sorgt dieser gleichzeitig für Stabilität, ähnlich wie Treibstoff-Tanks in Flugzeugtragflächen. So können bei gleichem Gewicht und weniger Material mehr Batteriezellen eingebaut werden. Derzeit werden die beiden Technologien nur von chinesischen Herstellern umgesetzt, darunter BYD und CATL. Unternehmen wie Tesla, VW und Renault sind noch in der Entwicklungsphase.

LFP-Batterien: mehr Sicherheit und längere Lebensdauer

Aktuell sind die meisten E-Autos weltweit mit der NMC-Batterie ausgestattet. Doch schon bald wird sich laut Analysen eine andere Batterie durchsetzen.

Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP) sind zwar alles andere als eine neue Technologie, schon in den 1990er-Jahren wurde daran geforscht. Das Revival gab es aber erst in den 2020er-Jahren. Moderne LFP-Akkus haben eine ganze Reihe an Vorteilen:

• höhere Sicherheit (LFP-Zellen sind chemisch und thermisch besonders stabil)
• längere Lebensdauer (3000 bis 5000 Ladevorgänge sind durchschnittlich möglich, etwa doppelt so viele wie bei NMC-Batterien)
• kostengünstiger (Lithiumeisenphosphat im Pluspol ist günstiger als das Nickel-, Mangan- und Cobalt-Gemisch)
• umweltfreundlicher (die Herstellung benötigt weniger Energie und setzt weniger CO2 frei)
• weniger problematische Ressourcen (der Kobalt- und Nickelabbau verursacht sowohl menschenrechtliche als auch ökologische Probleme) Hier erfährst du mehr zu den Auswirkungen auf Menschen und Umwelt.

Der Nachteil, dass LFP-Batterien eine geringere Energiedichte als NMC-Batterien haben, ist zu verschmerzen – schließlich lassen sich durch die bereits genannten Technologien mehr Akkus in ein E-Auto integrieren. Aber: Es gibt noch keine realen Langzeiterfahrungen von E-Autos mit LFP-Batterien. Wie gut sie wirklich sind, wird sich erst in einigen Jahren zeigen.

Umweltfreundlichere Fertigung durch die Dry-Battery-Electrode

Diese Methode befindet sich noch in der Pilotphase, steht laut Fachanalysen jedoch kurz vor Serienreife – und könnte ein großes Problem der E-Auto-Batterien massiv verbessern: die ressourcen- und kostenintensive Herstellung.

Den "schmutzigsten" Teil der Batterieherstellung machen die Elektroden aus – die Anode (Minuspol) und die Kathode (Pluspol), an denen die chemischen Reaktionen stattfinden. Besonders die Herstellung der Kathode, bei der Materialien wie Lithiumeisenphosphat sowie Nickel, Mangan und Kobalt verwendet werden, trägt erheblich zum CO2-Abdruck bei: Sie ist für 20 bis 30 Prozent der gesamten Emissionen der Batterieproduktion verantwortlich.

Der Grund: Die Materialien werden mit Lösungsmitteln zu einer Paste verarbeitet und auf Folien aufgetragen, die im Anschluss in bis zu 100 Meter langen Öfen getrocknet werden müssen. Diese aufwendigen Schritte machen etwa die Hälfte der Produktionskosten aus.

Der Einsatz von Wasser, Lösungsmitteln und Trocknungsanlagen kann durch das Dry-Battery-Electrode-(DBE)-Verfahren weitgehend entfallen. Stattdessen wird das Elektrodenmaterial trocken auf die Folien gebracht. In Serienreife würden Batterien mit DBE-Verfahren deutlich klimaschonender und günstiger werden. Schon in den vergangenen Jahren sind die Kosten für E-Auto-Batterien erheblich gesunken.

Eine Batterie, die nur noch 70 bis 80 Prozent der ursprünglichen Kapazität aufweist, ist für ein E-Auto nicht mehr leistungsfähig genug. Aber warum verlieren Batterien mit der Zeit an Leistung?

Das liegt vor allem an dem Rückgang von Lithiumionen:

• Lithiumionen reagieren mit dem Elektrolyten und lagern sich an der Anode ab. Das ist bis zu einem gewissen Grad normal – doch je dicker die Schicht wird, desto mehr Ionen können nicht mehr an dem Kreislauf teilnehmen
• Risse im Grafit der Anode können Ionen einschließen, die dann nicht mehr zur Verfügung stehen
• Starke Temperaturschwankungen können zu unerwünschten Nebenreaktionen führen, die das Lithium in unlösliche Verbindungen umwandeln

Wird eine Batterie ordnungsgemäß behandelt, laufen diese Prozesse eher langsam ab.

Das Recycling von E-Auto-Batterien wird in naher Zukunft ein Milliardenmarkt. Dementsprechend entstehen derzeit in Europa viele Recycling-Standorte, auch und vor allem in Deutschland.

In China wird Batterie-Recycling subventioniert

Weitere Treiber für den massiven Ausbau: eine bessere Umwelt- und Klimabilanz sowie eine geringere Abhängigkeit von Rohstoffen aus dem Ausland, bei denen sich die Arbeitsbedingungen nicht gut kontrollieren lassen.

China ist jedoch auch hier Vorreiter – laut Christoph Neef vom Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ist der Markt dort zehnmal so groß wie der in der EU. Schon 2018 wurden dort strikte Regularien zur Registrierung, Rücknahme und Nachverfolgbarkeit von E-Auto-Batterien eingeführt. Außerdem wird das Recycling dort subventioniert, was den Unternehmen zusätzliche Anreize gibt.

Ums Recycling kümmert sich der Hersteller

Wenn die Batterie eines E-Autos an Leistung verliert oder defekt ist, liegt es per Gesetz in der Verantwortung des Herstellers, die Batterie zurückzunehmen und sich um das Recycling zu kümmern. Das gilt in China und der EU. Kosten für die Fahrzeughalter dürfen nicht entstehen.

Recycling von E-Auto-Akkus gewinnt an Bedeutung

Für den weltweiten Recyclingmarkt spielen ausgediente E-Autobatterien jedoch noch keine große Rolle. In der EU machten das Hauptgeschäft des Lithium-Akku-Recyclings im Jahr 2020 vor allem Kleinakkus aus, wie sie in Handys oder Laptops zu finden sind. Im Jahr 2025 wird das Recycling von Batterien aus Elektroautos weniger als 20 Prozent des gesamten Batterierecyclings ausmachen.

Doch bis 2035, wenn eine große Welle von E-Autos ausgedient haben wird, wird der Markt für das Recycling von E-Auto-Batterien deutlich an Bedeutung gewinnen. Aus den derzeit rund 50.000 Tonnen Lithiumbatterien, die jährlich recycelt werden, könnten in nur 15 Jahren mehr als zwei Millionen Tonnen pro Jahr werden.

Mehr Recycling durch striktere Vorgaben

Noch vor wenigen Jahren war das Recycling von Lithium-Akkus in der EU unzureichend. Man konzentrierte sich auf Kobalt, Grafit, Nickel und Kupfer. Lithium wurde nicht zurückgewonnen – das aufwendige Verfahren lohnte sich nicht. Für eine funktionierende Mobilitätswende muss sich das ändern.

Seit August 2023 greift eine neue Batterieverordnung mit klaren Vorgaben: Bis 2027 müssen mindestens 50 Prozent des Lithiums zurückgewonnen werden, Kupfer, Kobalt und Nickel zu mindestens 90 Prozent.

Mit den Jahren werden die Vorgaben weiter erhöht: Ab 2031 muss die Verwertungsquote für den gesamten Akku bei 95 Prozent liegen. Und auch der Einsatz von recyceltem Material bei der Akkuherstellung wird Pflicht: mindestens 16 Prozent Kobalt, 6 Prozent Lithium und 6 Prozent Nickel müssen neu produzierte Batterien enthalten. Mit den Jahren wird die Quote erhöht.

Sind Elektroautos wirklich schlimmer als Diesel? Diesem Mythos haben sich die Science-Cops hier gestellt.

Du willst Berechnen, wie ein E-Auto inklusive Herstellung des Akkus im Vergleich zu anderen Transportmitteln abschneidet? Dann bist du hier richtig.