Fortschritte bei der Autonomie von Elektrofahrzeugen

Bemerkenswerte Fortschritte von 2010 bis 2020

Seit der Markteinführung von Elektrofahrzeugen hat die Batterielebensdauer immer für Aufmerksamkeit und Kontroversen gesorgt. Wie sind Hersteller mit diesem Problem umgegangen und welche Fortschritte wurden im letzten Jahrzehnt erzielt?

Autonomie von Elektrofahrzeugen: Bremse für den Massenmarkt?

Im Jahr 2019 nannten 63 % der Befragten des Argus Energy Barometers die Reichweite als wichtigstes Hindernis für den Umstieg auf Elektrofahrzeuge. Autofahrer denken nur ungern darüber nach, dass sie ihr Auto für lange Strecken mehrmals aufladen müssen. Kann die Entwicklung einer öffentlichen Mautinfrastruktur diese Bedenken verringern? Schnellterminals, die immer häufiger auf Autobahnrastplätzen vorhanden sind, ermöglichen es, diese bei den meisten Modellen in weniger als 45 Minuten wieder voll auszulasten. Fans der Wärmekraftmaschine werden nicht umhin, sich daran zu erinnern, dass diese Dauer viel länger bleibt als die von Vollbenzin.

Auch wenn der beschleunigte Aufbau von Ladestationen einige Autofahrer beruhigen mag, konzentrieren sich die Erwartungen weiterhin auf die Autonomie an sich.

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Erhöhung der durchschnittlichen Autonomie

Laut dem Global Electric Vehicles Outlook 2021 der Internationalen Energieagentur hat sich die Autonomie von Elektrofahrzeugen seit ihrer Markteinführung weiter verbessert. Somit sind wir von einer behaupteten durchschnittlichen Autonomie von 211 Kilometern im Jahr 2015 auf 338 Kilometer im Jahr 2020 gestiegen. Hier die Details der letzten sechs Jahre:

• 2015: 211 km
• 2016: 233 Kilometer
• 2017: 267 Kilometer
• 2018: 304 Kilometer
• 2019: 336 Kilometer
• 2020: 338 Kilometer

Wenn die beobachteten Fortschritte in den ersten fünf Jahren ermutigend sind, könnte man über die Stagnation zwischen 2019 und 2020 überrascht sein. Tatsächlich ist dieses bescheidenere Wachstum auf die Markteinführung noch kompakterer Modelle zurückzuführen. Sie sind für den Stadtgebrauch konzipiert, verfügen über kleinere Batterien und sind daher weniger langlebig.

Autonomie von Flaggschiffmarken im Gange

So können Autofahrer, die mehr Autonomie anstreben, sicher sein, dass die Hersteller weiterhin Fahrzeuge verbessern, die für lange Strecken geeignet sind, wie zum Beispiel Limousinen oder SUVs. Um dies zu verstehen, analysieren Sie einfach die Batteriekapazität eines bestimmten Autos, indem Sie sich die Entwicklung von Modell zu Modell ansehen. Das Tesla Model S, das seit 2012 im Handel ist, hat seine Reichweite kontinuierlich gesteigert:

• 2012: 426 Kilometer
• 2015: 424 Kilometer
• 2016: 507 Kilometer
• 2018: 539 Kilometer
• 2020: 647 Kilometer
• 2021: 663 Kilometer

Dieser regelmäßige Anstieg wurde mit verschiedenen Methoden erreicht. Insbesondere hat Palo Alto immer größere Batterien entwickelt und gleichzeitig die Steuerungssoftware des Model S verbessert. Sie wird ständig aktualisiert, um das Auto effizienter zu machen und die Batteriekapazität zu optimieren.

Ehrgeizige kurzfristige Ziele

Um die Autonomie von Elektrofahrzeugen weiter zu erhöhen, werden heute mehrere Wege untersucht. Forscher versuchen, Batterien noch effizienter zu machen, da Hersteller versuchen, bei der Entwicklung von Fahrzeugchassis „elektrisch zu denken“.

Neue Stellantis-Plattformen für die Elektromotorisierung konzipiert

Die Stellantis Group, ein wichtiger Akteur auf dem Automobilmarkt, möchte ihr Angebot an Elektrofahrzeugen weiterentwickeln. Ab 2023 werden die 14 Marken des Konzerns (darunter Citroën, Opel, Fiat, Dodge und Jeep) Fahrzeuge anbieten, die auf Fahrgestellen basieren, die als rein elektrische Plattformen konzipiert sind. Dies ist eine echte Entwicklung in einer Zeit, in der die meisten Elektrofahrzeuge fahrgestelläquivalente thermische Modelle verwenden.

Stellantis möchte insbesondere auf Pannenalarme reagieren, die für Fahrer von Elektrofahrzeugen nach wie vor wichtig sind. Aus diesem Grund haben die Entwickler vier Plattformen eingeführt, die dieser speziellen Engine gewidmet sind:

• Klein: Es bleibt Stadt- und Mehrzweckfahrzeugen wie dem Peugeot e-208 oder dem Fiat 500 vorbehalten. Diese Plattform verspricht eine Reichweite von 500 Kilometern.
• Mittel: Diese Plattform wird in längere Limousinenfahrzeuge eingebaut. Entsprechende Batterien ermöglichen eine Reichweite von 700 bis 800 Kilometern.
• Groß: Diese Plattform ist für SUVs mit einer angeblichen Reichweite von 500 Kilometern konzipiert.
• Rahmen: Die vierte Plattform wird vollständig den Nutzfahrzeugen vorbehalten sein.

Ziel dieser Standardisierung ist es, die Kosten der Elektrifizierung teilweise auszugleichen. Neben der Erhöhung der Reichweite hofft Stellantis auch darauf, günstigere EV-Modelle anbieten zu können. Für Autofahrer ist dieser Ansatz spürbar: In Frankreich werden die höheren Kosten beim Kauf von Elektrofahrzeugen noch teilweise durch den Umrüstzuschlag ausgeglichen, dieser dürfte aber in Zukunft sinken.

800 Kilometer Autonomie im Jahr 2025?

Samsung und Festkörperbatterie

Nach Angaben der Hersteller wird die Autonomie einer geladenen Batterie schon bald der Autonomie eines vollen Tanks entsprechen! Forscher der Marke Samsung stellten im März 2020 ein neues Konzept für Festelektrolytbatterien vor. Derzeit werden die in den meisten Elektrofahrzeugen enthaltenen Lithium-Ionen-Batterien mit flüssigen Elektrolyten oder in Gelform betrieben; Die Umstellung auf Festelektrolytbatterien bedeutet eine höhere Energiedichte und ein schnelleres Aufladen.

Mit einer Kapazität, die doppelt so hoch ist wie bei herkömmlichen Batterien, ermöglicht diese Samsung-Innovation Elektrofahrzeugen eine Reichweite von bis zu 800 Kilometern. Die Akkulaufzeit ist ein weiteres Verkaufsargument für diesen Akku, da er über 1000 Mal aufgeladen werden kann. Es bleibt noch der Produktionskurs zu bestehen ... Wenn der Samsung-Prototyp vielversprechend ist, deutet bisher nichts darauf hin, dass die Hersteller darauf zurückgreifen werden!

SK Innovation und ultraschnelles Laden

Ein weiteres südkoreanisches Unternehmen, das eine Autonomie von 800 km anstrebt, ist SK Innovation. Die Gruppe gab bekannt, dass sie an einer neuen, autonomeren Hochleistungsbatterie auf Nickelbasis arbeitet und gleichzeitig die Ladezeit am Schnellterminal auf 20 Minuten verkürzt! SK Innovation, bereits Lieferant von Kia, will sich weiterentwickeln und baut mehrere Fabriken in Georgia. Das ultimative Ziel besteht darin, Ford und Volkswagen mit in den USA gebauten Elektrofahrzeugen auszustatten.

In einer Entfernung von 2000 Kilometern?

Was vor ein paar Jahren noch als Science-Fiction galt, kann schnell zur greifbaren Realität werden. Eine Gruppe deutscher und niederländischer Wissenschaftler, die für Fraunhofer bzw. SoLayTec arbeiten, hat ein patentiertes Verfahren namens Spatial Atom Layer Deposition entwickelt.

(SALD). Hier ändert sich die Chemie nicht, wie es bei den Südkoreanern Samsung und SK Innovation der Fall ist. Im Bereich der Batterietechnologie wurden Fortschritte erzielt. Die Forscher kamen auf die Idee, das Aktivmaterial der Elektroden in Form einer mehrere Nanometer dicken Schicht aufzutragen. Da die Ansammlung von Lithiumionen nur an der Oberfläche erfolgt, sind dickere Elektroden nicht erforderlich.

Daher ermöglicht der SALD-Prozess bei gleichem Volumen oder Gewicht die Optimierung von drei Schlüsselelementen:

• effektive Elektrodenfläche
• ihre Fähigkeit, Strom zu speichern
• Ladegeschwindigkeit

Somit können Fahrzeuge, die mit einer SALD-Batterie ausgestattet sind, die dreifache Reichweite der derzeit leistungsstärksten Modelle auf dem Markt erreichen. Die Nachladegeschwindigkeit konnte um das Fünffache erhöht werden! Frank Verhage, CEO von SALD, das gegründet wurde, um diese Innovation auf den Markt zu bringen, spricht von einer Reichweite von 1000 Kilometern für Stadtautos und bis zu 2000 Kilometern für Limousinen. Der Führer möchte keinen theoretischen Autonomierekord aufstellen, hofft aber, die Fahrer zu beruhigen. Selbst sportlich fahrende Autofahrer könnten nach 20 Kilometern noch 30 bis 1000 Prozent Leistung haben, sagt er.

Eine weitere gute Nachricht ist, dass der SALD-Prozess mit den unterschiedlichen Chemien bestehender Zellen kompatibel ist:

• NCA (Nickel, Kobalt, Aluminium)
• NMC (Nickel, Mangan, Kobalt)
• Festelektrolytbatterien

Wir können darauf wetten, dass diese Technologie über das Prototypenstadium hinaus ist, während SALD bereits sagt, dass sie sich in Gesprächen mit einigen Automobilherstellern befindet.