Elektroauto-Batterien – Aufbau, Eigenschaften, Zukunftsvisionen

Elektroauto-Batterien spielen eine zentrale Rolle beim Ausbau der Elektromobilität. Im Rahmen der Energiewende und des Klimaschutzes gewinnen Elektroautos immer mehr an Bedeutung und sollen in Zukunft einen wesentlichen Beitrag zur Reduktion von CO₂-Emissionen im Verkehrssektor leisten. 

E-Mobilität und die Bedeutung der E-Batterie

Die Elektromobilität ist ein entscheidender Schritt in Richtung einer umweltfreundlicheren Zukunft. In der Schweiz waren Ende 2024 bereits über 203'000 Elektroautos immatrikuliert – ein Marktanteil von 4,2 Prozent. Die Zahl wächst kontinuierlich, und bis 2035 rechnet man mit über 2 Millionen Elektrofahrzeugen auf den Schweizer Strassen.

Doch um dieses Ziel zu erreichen, braucht es noch einige Fortschritte. Besonders wichtig ist es, die Akzeptanz von Elektroautos weiter zu erhöhen und attraktive Anreize zu schaffen, damit sich immer mehr Menschen für ein E-Auto entscheiden.

Neben finanziellen und steuerlichen Vorteilen spielt vor allem die Technologie eine Schlüsselrolle. Ein zentrales Element ist die Batterie, die als teuerste Komponente eines Elektrofahrzeugs gilt.

Wir alle kennen es von Smartphones und anderen Geräten: Akkus verlieren mit der Zeit an Leistung. Ähnlich verhält es sich mit Elektroautos – die Batterie bestimmt massgeblich die Reichweite. Für viele Menschen ist genau das ein entscheidender Faktor, denn wer sein Auto täglich nutzt oder lange Strecken fährt, braucht eine zuverlässige und leistungsfähige Batterie. Zudem dauert das Laden deutlich länger als das Tanken eines Verbrenners.

Damit sich das Aufladen optimal in den Alltag integrieren lässt, braucht es nicht nur leistungsfähige Batterien, sondern auch stetige technologische Weiterentwicklungen.

Diese Elektroauto-Batterien gibt es

Für Elektroautos werden verschiedene Arten von Batterien verwendet. Neben den am häufigsten verbauten Lithium-Ionen-Batterien gibt es Lithium-Polymer-Akkus und Nickel-Metallhydrid-Batterien. Die Unterschiede zwischen diesen Batterietypen liegen vor allem in Leistung, Kapazität, Lebensdauer und Kosten.

• Lithium-Ionen-Batterien bieten gegenüber anderen Elektroauto-Batterien klare Vorteile. Sie haben eine höhere Energiedichte und speichern daher bei gleicher Grösse und gleichem Gewicht mehr Energie. Das sorgt für mehr Reichweite. Zudem haben sie eine längere Lebensdauer und können eine höhere Anzahl von Ladezyklen im Elektroauto durchlaufen, bevor sie ausgetauscht werden müssen. Einem ganz ähnlichen Prinzip folgen Lithium-Polymer-Akkus, der Einsatz des Polymer-Kunststoffs sorgt aber dafür, dass die Batterie in der Form sehr flexibel ist. 
• Nickel-Metallhydrid-Batterien sind weniger anfällig für Überhitzung und gelten daher als sicherer in der Anwendung. Sie können allerdings nicht die gesamte Energie an den Motor abgeben, was die Effizienz deutlich einschränkt und den grossen Durchbruch bisher verhindert hat.
• Blei-Säure-Batterien sind die älteste und einfachste Form von Batterien für Elektroautos. Sie haben jedoch eine sehr geringe Energiedichte sowie Kapazität und sind daher weniger geeignet.

Lithium-Ionen-Batterien bleiben aufgrund ihrer hohen Energiedichte, Kapazität und Lebensdauer die bevorzugte Batterietechnologie für Elektroautos. Gerade die Feststoffbatterie könnte hier aber auf Dauer für Konkurrenz sorgen. Diese Technologie hat die Marktreife aber noch nicht erreicht.

Am häufigsten verwendet: Lithium-Akkus

Elektroauto-Batterien haben sich in den letzten Jahren weiterentwickelt. Die Lithium-Ionen-Technologie hat sich am Markt etabliert und ist in den meisten Modellen verbaut.

• Aufbau: Eine Lithium-Ionen-Batterie besteht aus mehreren Komponenten. Die wichtigsten Bauteile sind Anode und Kathode, der Elektrolyt sowie die Separatorfolie. Die Anode besteht meist aus Graphit, während die Kathode aus einer Mischung von Lithiumverbindungen wie Lithium-Kobalt-Oxid oder Lithium-Eisenphosphat besteht. Der Elektrolyt ist eine Flüssigkeit oder ein Gel aus einer ionischen Verbindung, das den Ionen ermöglicht, zwischen der Anode und der Kathode zu fliessen. Die Separatorfolie ist eine dünne Schicht, die zwischen der Anode und der Kathode angebracht ist, um Kurzschlüsse zu verhindern.
• Funktionsweise: Wenn die Batterie aufgeladen wird, wandern Lithium-Ionen von der Kathode zur Anode durch den Elektrolyten, wo sie gespeichert werden. Beim Entladen der Elektroauto-Batterie fliessen die Lithium-Ionen zurück zur Kathode, wo sie elektrische Energie abgeben. Ein Batteriemanagementsystem (BMS) überwacht und steuert den Ladestand und die Entladung der Batterie, um sicherzustellen, dass sie effizient und sicher arbeitet. Das BMS schützt die Batterie ausserdem vor Überladung oder Überhitzung.

E-Batterie: Kapazität, Ladezeit, Lebensdauer

Bei der Auswahl des passenden E-Autos bzw. der passenden Batterie achten (potenzielle) Käuferinnen und Käufer vor allem auf drei Aspekte: Kapazität, Ladezeit und Lebensdauer. Was können E-Auto-Batterien also leisten?

Kapazität und Reichweite

Je nach Modell und Hersteller variiert die Kapazität von Elektroauto-Batterien. Die meisten Elektroautos besitzen eine Kapazität zwischen 40 und 100 kWh (Kilowattstunden). Eine höhere Batteriekapazität bedeutet eine höhere Reichweite. So kann ein Elektroauto mit einer Batteriekapazität von 40 kWh etwa 200 km oder mehr zurücklegen, während ein Elektroauto mit einer Batteriekapazität von 100 kWh eine Reichweite von über 600 km erreicht. Die genauen Werte variieren, wie bei Verbrennungsmotoren auch, von Modell zu Modell. Laut ADAC-Ecotest pendeln sich die Werte je nach Hersteller und Auto zwischen 16,7 kWh/100 km und 30,9 kWh/100 km ein.

Die Reichweite eines Elektroautos hängt jedoch ebenso von anderen Faktoren ab, wie z. B. der Fahrweise, der Temperatur oder dem Einsatz von Klimaanlagen oder Heizungen. 

Ladezeit und Ladeinfrastruktur

Ein Elektroauto mit einer Batteriekapazität von 80 kWh kann an einer Schnellladestation in etwa 30 Minuten auf 80 Prozent aufgeladen werden. Eine vollständige Ladung mit Gleichstrom (DC) kann je nach Ladeleistung jedoch bis zu 1,5 Stunden dauern. Auf schweizerischen Strassen gibt es zahlreiche Schnellladestationen, das Netz wird kontinuierlich weiter ausgebaut. Das Laden an einer AC-Ladestation oder an der heimischen Wallbox mit Wechselstrom dauert deutlich länger. Aber wenn Sie Ihr Auto über Nacht laden, ist es für den nächsten Tag einsatzbereit.

Lebensdauer

Die Lebensdauer einer Batterie beschäftigt Autokäuferinnen und -käufer aus vielen Gründen. Eine Batterie verliert im Laufe der Zeit an Kapazität und Leistung. Die Art der Batterie, die Nutzung, die Umgebungstemperatur: Viele Faktoren beeinflussen letztlich die Lebensdauer. Eine Batterie kann je nach Modell und Hersteller eine Garantie von acht bis zehn Jahren haben. Allerdings ist ein gewisser Leistungsverlust immer zu erwarten. Die vollen 100 Prozent wird eine Batterie nach 100'000 km nicht mehr erreichen. Dennoch können moderne Batterien ein langes Leben haben und müssen nicht – wie von vielen befürchtet – alle zwei Jahre ausgetauscht werden. Übrigens: Das langsame Laden, meist zu Hause mit Wechselstrom, ist deutlich schonender für die Batterie.

Tipp: Wenn Sie zusammen mit Ihrer Elektroauto-Versicherung die Zusatzleistung «E-Mobilität-Batterie» abschliessen, sichern Sie die Batterie zusätzlich ab. Dieser Service übernimmt die Reparaturkosten, wenn Ihre Antriebsbatterie aufgrund von Bedienungsfehlern oder durch Fehlfunktionen des Ladegeräts beschädigt wird.

Das E-Occasionsauto: Die Batterie im Fokus

Der Kauf eines Occasionsautos ist immer mit einem gewissen Risiko verbunden. In welchem Zustand ist das Auto und wie lange halten die einzelnen Verschleissteile noch durch? Beim E-Auto kommt die Komponente der durchaus empfindlichen Batterie hinzu. 

Deren Leistungsfähigkeit nimmt zwangsläufig ab. Das muss kein Hindernis für einen Occasionskauf sein, dennoch sollten Sie möglichst genau wissen, welche Restleistung die Batterie noch aufbringen kann und ob diese für Ihre Zwecke reicht.  

Im Idealfall sollte die Verkäuferin oder der Verkäufer anhand von regelmässigen Check-ups nachweisen, wie sich der Zustand der Batterie entwickelt hat und mit welcher Leistungsfähigkeit jetzt noch zu rechnen ist. Liegen solche Dokumente zum sogenannten State of Health nicht vor, sollten Sie die Batterie von Profis durchchecken lassen, bevor Sie dem Kauf zustimmen.

Tipp: Als Kundin oder Kunde der AXA haben Sie die Möglichkeit, jederzeit kostengünstig den Zustand Ihrer Batterie zu prüfen. Das geht mit der Batterietestbox von AVILOO. So wissen Sie über den aktuellen Gesundheitszustand der Batterie Bescheid.

Der CO₂-Fussabdruck einer E-Batterie

Elektroautos gelten als umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Fahrzeugen, da sie während der Fahrt keine Emissionen ausstossen und somit den CO₂-Fussabdruck reduzieren. Doch die Herstellung und Entsorgung der Batterien bringt ebenfalls Umweltbelastungen mit sich.

Die Produktion von Elektroauto-Batterien erfordert grosse Mengen an Rohstoffen, die oft unter hohem Energieaufwand und teilweise fragwürdigen Bedingungen abgebaut werden. Hinzu kommt der Energiebedarf bei der Herstellung selbst, die derzeit noch stark von fossilen Brennstoffen abhängt – was zu CO₂-Emission beiträgt.

Trotzdem sind Elektroautos auf lange Sicht eine umweltfreundlichere Wahl. Entscheidend ist dabei, mit sauberem Strom zu laden. Ein E-Auto, das mit herkömmlichem Strom betrieben wird, muss etwa 80’000 Kilometer zurücklegen, um ökologischer als ein vergleichbares Dieselmodell zu sein. Wer ausschliesslich Ökostrom nutzt, erreicht diesen Vorteil schon nach 40’000 Kilometern.

Die Batterie – die grösste Herausforderung der E-Mobilität

Elektroautos haben in den letzten Jahren immer mehr an Beliebtheit gewonnen, und die Verkaufszahlen steigen stetig. Allerdings gibt es nach wie vor Herausforderungen zu überwinden, die im Zusammenhang mit der Batterie stehen:

• Hohe Kosten: Die Batterie ist die teuerste Komponente eines Elektroautos und macht einen erheblichen Teil des Kaufpreises aus. Zwar sind die Kosten in den letzten Jahren gesunken, doch für viele Käuferinnen und Käufer bleibt der Preis ein wichtiger Entscheidungsfaktor. Eine zusätzliche Batterieversicherung kann sich lohnen.
• Energiedichte: Es gibt verschiedene Forschungsprojekte, die darauf abzielen, die Energiedichte von Batterien zu erhöhen und die Kosten zu senken. Eine vielversprechende Technologie ist die Feststoffbatterie, die im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien eine höhere Energiedichte und eine längere Lebensdauer aufweisen soll. Die Feststoffbatterietechnologie befindet sich jedoch noch in der Entwicklungsphase.
• Rohstoffeinsatz: Die Verfügbarkeit und der Preis der in Batterien enthaltenen Rohstoffe haben einen grossen Einfluss auf die Batterieproduktion. Die meisten dieser Rohstoffe werden derzeit in Australien, Chile, China und anderen Ländern abgebaut. Eine Diversifizierung der Rohstoffquellen und eine Erhöhung der Recyclingquote tragen dazu bei, die Abhängigkeit von bestimmten Rohstofflieferanten zu reduzieren.
• Ladeinfrastruktur: Um Elektroautos für den Massenmarkt attraktiver zu machen, muss sich die Ladeinfrastruktur verbessern. Die Ladezeit und die Reichweite sind massgebende Faktoren bei der Entscheidung für den Kauf eines Elektroautos. Die Errichtung von Schnellladestationen entlang der Autobahnen und in den Städten sowie die Entwicklung von Ladetechnologien mit höherer Leistung sorgen für Akzeptanz unter potenziellen Kundinnen und Kunden.
• Recycling: Da die Nachfrage nach Elektroautos und somit auch nach Batterien steigt, wird die Menge an Batterien, die zu entsorgen sind, steigen. Eine effektive Wiederverwertung und das Recycling von Batterien ermöglichen es, wertvolle Rohstoffe zurückzugewinnen und die CO₂-Bilanz und damit den negativen Einfluss auf die Umwelt zu verbessern.

Elektroauto-Batterien fachgerecht recyceln

Falsch entsorgte Lithium-Ionen-Batterien bergen Gefahren für unsere Umwelt. Sowohl die Lagerung als auch die Entsorgung oder das Recycling dürfen ausschliesslich durch ausgebildetes Fachpersonal erfolgen.

Rohstoffe und Recyclingziele

Das Ziel des Recyclingprozesses ist es, eine möglichst hohe Rückgewinnungsquote (zukünftig idealerweise 100 Prozent) der enthaltenen Wertstoffe zu erreichen. Die Rückgewinnung umfasst sowohl wertvolle als auch umweltschädliche Stoffe. Hier ein Überblick der recycelten Stoffe einer Elektroauto-Batterie:

Wertvolle Inhaltsstoffe:

• Lithium
• Mangan
• Kobalt
• Nickel
• Graphit

Umweltschädliche Inhaltsstoffe:

• Lösungsmittel, wie 1,2-Dimethoxyethan
• Quecksilber
• Cadmium
• Blei

Wichtige Rohstoffe aus dem Batteriegehäuse:

• Kupfer
• Aluminium
• Stahl
• Elektrolyt
• Kunststoffe

Recyclingunternehmen auf der ganzen Welt arbeiten mit Nachdruck daran, einen beträchtlichen Anteil der genannten Materialien zurückzugewinnen und sie für den erneuten Einsatz vorzubereiten.

Aktuelle Recyclingverfahren

Zurzeit gibt es drei offizielle Recyclingverfahren, deren höchste Rückgewinnungsquote bei 96 Prozent liegt. Zwei weitere Verfahren mit einer höheren Rückgewinnungsquote von bis zu 98 Prozent und weniger Umweltbelastungen befinden sich per aktuellem Stand (Januar 2025) noch im Forschungsstadium:

Lebensdauer der Batterie verlängern: Das können Sie tun

Mit folgenden Tipps können Fahrerinnen und Fahrer eines Elektroautos die Lebensdauer der Batterie verlängern und sicherstellen, dass das Elektroauto die volle Leistung bringt – auch noch nach vielen Kilometern:

1. Laden des Elektroautos: Es ist wichtig, die Batterie nie zu überladen oder vollständig zu entladen, da dies ihre Lebensdauer verkürzen kann. Idealerweise liegt der Ladezustand immer zwischen 20 und 80 Prozent.
2. Fahrweise: Eine schonende Fahrweise kann dazu beitragen, die Belastung der Batterie zu reduzieren und ihre Lebensdauer zu verlängern.
3. Extreme Temperaturen vermeiden: Elektroauto-Batterien arbeiten am besten bei mittleren Temperaturen. Zu hohe Temperaturen, aber auch Kälte können die Batterie belasten und langfristig zu Beschädigungen führen. Um die Batterie zu schonen, sollte das Fahrzeug möglichst im Schatten oder in einer klimatisierten Umgebung geparkt werden.
4. Nicht nur Schnellladung: Die zahlreichen Schnellladestationen sorgen für eine rasche Aufladung, teilweise in weniger als einer Stunde. Das kann im Alltag zwar eine verlockende Zeitersparnis sein, sollte aber nicht auf Dauer genutzt werden. Die langsamere Aufladung an der eigenen Wallbox sollte der Standard sein, um den Akku nicht zu schnell in Mitleidenschaft zu ziehen.
5. Wartung: Durch eine regelmässige Wartung und Inspektion der Elektroauto-Batterie lassen sich potenzielle Probleme frühzeitig erkennen und können bei Bedarf schnell behoben oder als Garantieanspruch geltend gemacht werden. 
6. Vorsicht im Winter: Im Winter kann es so wirken, als würde das E-Auto nicht mehr die gewohnte Reichweite schaffen. Tatsächlich beeinflussen die niedrigen Temperaturen die Leistung der Batterie negativ. Aber auch die zusätzliche Verwendung zum Beispiel der Sitzheizung zehrt am Verbrauch. Steht das Auto an der heimischen Wallbox, sollte es noch während des Ladevorgangs vorgeheizt werden, um die Effizienz zu steigern.

Second Life vor Recycling

In der Praxis hat sich gezeigt, dass der Akku nach 1000 bis 1500 Ladezyklen nicht mehr leistungsfähig genug ist, um den Motor eines E-Autos anzutreiben. Dennoch verfügt er selbst nach zehn Jahren Betrieb noch über genug Kapazität für den stationären Einsatz, beispielsweise als Stromspeicher für den aus Solarzellen gewonnenen Strom.

Auf diese Weise verlängert sich die Lebensdauer einer Elektroauto-Batterie, bevor sie ins fachgerechte Recycling geht, um durchschnittlich weitere zehn bis zwölf Jahre. Das heisst: Bei normalem Gebrauch hält der Akku über zwanzig Jahre. Das ist darauf zurückzuführen, dass die Batterie für das Elektrofahrzeug beim stationären Einsatz keinen kräftezehrenden Beschleunigungs- und Bremsphasen ausgesetzt ist. Der stationäre Betrieb verläuft deutlich gleichmässiger. Das Ergebnis: eine langsamere Entladung, was sich positiv auf die Lebensdauer der Batterie auswirkt.

Fazit: Die Batterie – Schlüsseltechnologie für den Erfolg von E-Autos

Reichweite, Ladezeit, Lebensdauer: Viele der entscheidenden Faktoren beim Kauf eines E-Autos hängen direkt mit der Batterie zusammen. Dank kontinuierlicher technologischer Fortschritte sind Elektroautos heute eine echte Alternative zu herkömmlichen Fahrzeugen. 

Dennoch gibt es noch Herausforderungen zu bewältigen, um Elektroautos für eine breitere Masse attraktiver zu machen. Neben den Anschaffungskosten spielt vor allem der Ausbau der Ladeinfrastruktur eine zentrale Rolle. Zudem eröffnen neue Technologien wie das bidirektionale Laden spannende Perspektiven, um E-Autos effizienter in das Energiesystem zu integrieren. 

Eines steht fest: Die Weiterentwicklung von Batterien wird langfristig entscheidend dazu beitragen, den Verkehr umweltfreundlicher und nachhaltiger zu gestalten.