Kälteverhalten oder Reichweite – was spielt für die Weiterentwicklung der Elektromobilität künftig eine größere Rolle?

Lithium-Ionen-Batterien, wie sie heute in fast allen Elektrofahrzeugen und unzähligen mobilen Geräten eingesetzt werden, reagieren sehr ausgeprägt auf Temperaturschwankungen. Doch woran liegt es, dass ihre Leistung besonders bei kalten Temperaturen so stark abnimmt? Dies hat vor allem drei Gründe:

1. Interne Widerstände: Bei niedrigeren Temperaturen steigen die internen Widerstände in der Batterie. Das liegt daran, dass die Bewegung der Lithium-Ionen, die den elektrischen Strom erzeugen, verlangsamt wird. Dieser erhöhte Widerstand führt dazu, dass mehr Energie benötigt wird, um die Batterie zu laden, und dass weniger Energie beim Entladen zur Verfügung steht.

2. Chemische Reaktionen: Die Leistung einer Batterie hängt von chemischen Reaktionen ab, und diese Reaktionen laufen bei niedrigeren Temperaturen langsamer ab. Insbesondere der Lithium-Ionen-Austausch zwischen Anode und Kathode, der den Ladungsfluss ermöglicht, wird verlangsamt, was zu einer geringeren Batterieleistung führt.

3. Ladeeffizienz: Bei kälteren Temperaturen sinkt auch die Ladeeffizienz der Batterie. Dies bedeutet, dass es länger dauert, die Batterie zu laden, und dass eine volle Ladung weniger Energie speichern kann als bei höheren Temperaturen.

Welche Möglichkeiten hat man zur Performance-Steigerung der Batterien im Winter?

Ein aktives Beheizen der Batterien ist nötig, sofern man die größte Performance erreichen möchte. Ob schon vor dem Start der Fahrt per Vorkonditionierung, oder auf den ersten Kilometern, bis die Temperatur der Zellen ausreichend ist. Einige Fahrzeuge wie etwa unser neues Aiways U6 SUV-Coupé enthalten auch Systeme, die die Batterien vor einem geplanten Ladestopp auf eine optimale Betriebstemperatur erwärmen, um die höchste Ladeeffizienz zu erreichen. Allen Systemen gemein ist aber, dass sie zusätzliche Energie verbrauchen und so die Reichweite verringern.

Andere Zellen sind weniger Temperatur-sensibel.

Abseits der flächendeckend eingesetzten Nickel-Kobalt-Mangan-Zellchemien (NCM) gibt es allerdings Batterien, die weniger sensibel auf kalte Temperaturen reagieren. Natriumbatterien zeigen zum Beispiel nicht das gleiche Verhalten bei Kälte und könnten daher in kalten Regionen eine attraktive Alternative darstellen. Allerdings ist ihre Energiedichte niedriger als die von Lithium-Ionen-Batterien, was zu einer geringeren Reichweite führt.

Die Herausforderung besteht also darin, eine Balance zu finden: Sollten wir die maximale Reichweite über alles stellen oder in kalten Regionen auf Natriumbatterien umsteigen?

Dieses Dilemma wirft zentrale Fragen auf, die die Branche in den kommenden Jahren beantworten muss.