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In den letzten Jahren haben Verbesserungen in der Batterietechnologie einen Aufschwung bei elektrischen Transportlösungen ermöglicht. Doch was sind die nächsten großen Trends und Innovationen in diesem Bereich und welche Bedeutung haben sie für Schwerlast-Lkw?
Batterien sind bei der Elektromobilität von zentraler Bedeutung und jede Verbesserung – sei es bei Leistung, Preis oder Zuverlässigkeit – beschleunigt den Übergang zu elektrischen Transportlösungen. In relativ kurzer Zeit konnten bereits erhebliche Fortschritte erzielt werden.
Die ersten kommerziellen Lithium-Ionen-Batterien kamen 1991 auf den Markt, ihr Preis und ihre Kapazität beschränkten ihre Verwendung jedoch auf die Unterhaltungselektronik. Das änderte sich jedoch schnell, als ihre Preise rapide sanken, sodass sie schon bald eine brauchbare Option für Personenkraftwagen und später auch für schwere Lastkraftwagen waren. Seit 2010 sind die Kosten von 1.400 US-Dollar pro Kilowattstunde auf 140 US-Dollar pro Kilowattstunde im Jahr 2023 gesunken. Dies entspricht einer Reduzierung um 90 %.
Der größte Durchbruch war die Erfindung der LCO-Batterien (Lithium-Kobaltoxid) im Jahr 1980 und das revolutionäre Prinzip, Lithium als Kathodenmaterial zu verwenden. Dadurch verdoppelte sich die Energiedichte bestehender Batterien sofort. Seitdem wurden die chemischen Verfahren für Batterien kontinuierlich weiterentwickelt, was zu Verbesserungen bei Energiekapazität, Lebensdauer, Sicherheit und Leistung geführt hat.
Im Jahr 2001 wurden NMC-Batterien (Nickel-Mangan-Kobalt) entwickelt, die sich in der Automobilindustrie schnell großer Beliebtheit erfreuten, da sie eine viel höhere Energiedichte und eine gute thermische Stabilität boten. Mittlerweile jedoch beginnen LFP-Batterien (Lithium-Eisenphosphat-Batterien) die Branche zu dominieren. Ihre Energiedichte ist zwar geringer als die von NMC-Batterien, aber sie bieten mehr Sicherheit, eine längere Lebensdauer, sie sind kostengünstiger und eine geringere Belastung für die Umwelt.
Es werden viele neue Technologien entwickelt: Die Hoffnungen hinsichtlich einer Steigerung der Energiedichte bei Feststoffbatterien sind groß. Dabei wird der flüssige Elektrolyt durch feste Materialien wie Keramik oder feste Polymere ersetzt. Dadurch kann mehr Energie in einer kleineren und leichteren Batterie gespeichert werden. Bei Elektro-Lkw würde dies zu größeren Reichweiten führen. Bei der Verwendung von festen Elektrolyten nimmt jedoch der Widerstand der Batterie im Vergleich zu einem flüssigen Elektrolyten zu. Daher gibt es derzeit Herausforderungen im Hinblick auf die Ladegeschwindigkeit und den Leistungsabfall mit der Zeit. Allerdings bietet die Technologie viel Potenzial, die Einschränkungen von Lithium-Ionen-Batterien zu reduzieren, und wird ständig weiterentwickelt. Toyota etwa will bis 2027 mit der kommerziellen Produktion von Elektrofahrzeugen mit Feststoffbatterien beginnen.
Der andere Trend, der die Batterieentwicklung vorantreibt, ist der Bedarf an günstigeren und nachhaltigeren Lösungen. Hier sind Natrium-Ionen-Batterien eine vielversprechende Option. Heute verfügen sie über etwa die halbe Energiedichte einer Lithium-Ionen-Batterie, kosten aber auch etwa halb so viel, sodass die Technologie für Anwendungen mit geringerem Energiebedarf eine gute Option sein könnte. Da sie Natrium enthalten, einen der günstigsten und am leichtesten verfügbaren Rohstoffe der Welt, ist ihre Umweltbelastung außerdem weitaus geringer als bei Lithium-Ionen-Batterien.
Batterien sind bei der Elektromobilität von zentraler Bedeutung und jede Verbesserung – sei es bei Leistung, Preis oder Zuverlässigkeit – beschleunigt den Übergang zu elektrischen Transportlösungen.
Die größte Herausforderung besteht darin, die Kosten für elektrische Lkw zu senken. Die Entwicklung kostengünstigerer Batterien wird dabei eine große Hilfe sein. Allerdings sind auch die Anforderungen der Lkw-Besitzer je nach Einsatzzweck unterschiedlich. Bei im Fernverkehr zum Einsatz kommenden Lkw streben wir die gleiche Einsatzflexibilität an, die Sie auch von einem Diesel-Lkw erwarten. Bald werden elektrische Lkw mit Reichweiten von bis zu 600 km erhältlich sein. Wenn jedoch längere Entfernungen zurückgelegt werden müssen, ist tagsüber ein häufigeres Anhalten und Aufladen erforderlich: und das kann mehrere Stunden in Anspruch nehmen.
Ich denke, dass es innerhalb der Branche zu einer gewissen Diversifizierung kommen wird, wobei je nach Transportaufgabe unterschiedliche Batterietechnologien zum Einsatz kommen werden. Natrium-Ionen-Batterien könnten zunehmend bei kürzeren Strecken Verwendung finden, bei denen der Energiebedarf relativ gering ist, etwa im städtischen Verteilerverkehr. Und dann werden Feststoffbatterien in elektrischen Langstrecken-Lkw zum Einsatz kommen, sofern es in der Zukunft auch in diesem Bereich zu einem technologischen Durchbruch kommen wird.
In jedem Fall wird an diesen Technologien intensiv geforscht und weiterentwickelt. Weltweit gibt es viele Akteure – darunter Technologieunternehmen, industrielle Hersteller und öffentliche Einrichtungen – die stark in die Entwicklung und Verbesserung der Batterietechnologien investieren. Wir werden zwar nicht unbedingt einen Quantensprung erleben, wie etwa bei der ersten Lithium-Kobaltoxid-Batterie, aber wir werden miterleben, wie die Technologie im Laufe der Zeit weiterentwickelt und verbessert wird.
Weitere Informationen zu Batterien für elektrische Lkw finden Sie im Artikel 7 weit verbreitete Mythen über Batterien von elektrischen Lkw. Um mehr über die Wiederverwendung alter Batterien zur Reduzierung ihrer Umweltbelastung zu erfahren, sollten Sie den Artikel Giving truck batteries a second life (Ein zweites Leben für Lkw-Batterien) lesen.
In den letzten Jahrzehnten wurden verschiedene Batterietechnologien entwickelt und weiterentwickelt, von denen jede über ihre eigenen Stärken und Schwächen verfügt. Die optimale Batterie für ein bestimmtes Fahrzeug hängt von seinen Anforderungen und Betriebsbedingungen ab. Dies sind die sechs wichtigsten Batterietechnologien, die derzeit verwendet werden:
Eine bahnbrechende Entdeckung des englischen Chemikers John B. Goodenough, die den Grundstein für die zukünftige Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien legte. Aufgrund ihrer relativ kurzen Lebensdauer und der geringen thermischen Stabilität ist ihre Verwendung jedoch auf persönliche Elektronikgeräte beschränkt. Der hohe Kobaltgehalt erhöht außerdem die Kosten und die Umweltbelastung.
Energiekapazität: 150-200 Wh/kg
Lebensdauer: 500-1000 Zyklen
Thermisches Durchgehen (Temperatur, bei der Batteriezellen einen unkontrollierbaren, selbsterhitzenden Zustand erreichen und damit zu einem Sicherheitsrisiko werden): 150°C
Die 1996 entwickelten LFP-Batterien bieten im Vergleich zu LCO-Batterien eine verbesserte Sicherheit und thermische Stabilität sowie eine längere Lebensdauer. Darüber hinaus sind sie in der Herstellung günstiger und umweltfreundlicher, da sie kein Kobalt enthalten. Obwohl ihre Energiekapazität im Vergleich zu anderen chemischen Verfahren für Batterien relativ gering ist, werden sie zunehmend in Elektrofahrzeugen eingesetzt.
Energiekapazität: 90-120 Wh/kg
Lebensdauer: +2000
Thermisches Durchgehen: 270°C
LMO-Batterien wurden erstmals 1996 auf den Markt gebracht und bieten eine gute thermische Stabilität und Sicherheit. Darüber hinaus sind sie im Vergleich zu Batterien auf Kobaltbasis günstiger in der Herstellung und weisen eine geringere Umweltbelastung auf. Sie bieten hohe Entladeraten, aber eine relativ geringe Energiedichte und kurze Lebenszyklen. Dadurch sind sie für Elektroautos, Hybridautos und E-Bikes geeignet.
Energiekapazität: 100-150 Wh/kg
Lebensdauer: 300-700
Thermisches Durchgehen: 250°C
Die 2001 entwickelten NMC-Batterien bieten eine gute Ausgewogenheit zwischen Energiedichte und Sicherheit. Aus diesem Grund sind sie heutzutage die in der Branche für Elektrofahrzeuge am häufigsten verwendeten Batterien. Ihre hohe Energiedichte ermöglicht größere Reichweiten und macht sie zur geeignetsten Option für Schwerlast-Lkw. Aufgrund der hohen Produktionskosten und der Umweltbelastung verwenden Automobilhersteller jedoch zunehmend günstigere LFP-Batterien, obwohl diese eine geringere Energiedichte aufweisen.
Energiekapazität: 150–220 Wh/kg
Lebensdauer: 1000-2000
Thermisches Durchgehen: 210°C
NCA-Batterien bieten eine hohe Energiedichte, eine lange Lebensdauer und hervorragende Schnellladefähigkeiten. Allerdings ist bei ihnen das Risiko eines thermischen Durchgehens größer, insbesondere bei hohen Temperaturen oder bei Überladung. Sie werden in einigen Hochleistungs-Elektrofahrzeugen verwendet, ihre Nutzung ist jedoch aus Sicherheitsgründen eingeschränkt.
Energiekapazität: 200-260 Wh/kg
Lebensdauer: 500
Thermisches Durchgehen: 150°C
LTO-Batterien gehören zu den sichersten Lithium-Ionen-Batterien auf dem Markt und weisen eine ausgezeichnete thermische Stabilität auf. Sie lassen sich schnell aufladen und bieten eine lange Haltbarkeit. Dies macht sie vorteilhaft für Elektrofahrzeuge, die kurzzeitig und häufig aufgeladen werden müssen, wie zum Beispiel Fahrzeuge des öffentlichen Nahverkehrs. Allerdings ist ihre Energiekapazität gering und ihre Herstellung teuer.
Energiekapazität: 50-80 Wh/kg
Lebensdauer: 3000-7000
Thermisches Durchgehen: 280°C
Quellen: Battery University, Elements, Dragonfly, Flash Battery