Was ist eine Elektroauto-Batterie?
Elektroauto-Batterien sind Batterien für den Einsatz in Elektrofahrzeugen (EV).
Anstatt dass die Batterieleistung nach einmaligem Gebrauch aufgebraucht ist, können sie durch Aufladen immer wieder verwendet werden. Lithium-Ionen-Batterien sind derzeit die am häufigsten verwendeten Elektroauto-Batterien.
Lithium-Ionen-Batterien haben zwar den Vorteil, dass sie leichter sind, eine höhere Kapazität und eine höhere Energiedichte haben als die früheren Blei-Säure-Batterien, aber sie haben auch den Nachteil, dass Elektrolyt ausläuft und die Gefahr von Zündunfällen besteht. Aus diesem Grund werden derzeit Festkörperbatterien, die kein Elektrolyt verwenden, als nächste Generation von Elektroauto-Batterien entwickelt.
Anwenden von Elektroauto-Batterien
Elektroauto-Batterien werden als Bordbatterien zum Antrieb von Hybrid- und Elektrofahrzeugen verwendet. In jüngster Zeit wird erwartet, dass Elektroauto-Batterien auch als virtuelle Kraftwerke mit Elektroautos eingesetzt werden, um eine stabile Stromversorgung zu gewährleisten, zusätzlich zu ihrer Verwendung als Stromquelle für Elektroautos.
Strom lässt sich nur schwer in großen Mengen vorrätig halten, so dass plötzliche Stromausfälle aufgrund von Energiemangel ein großes Risiko darstellen. Wenn es zu Stromengpässen kommt, werden sich die Einsatzmöglichkeiten von Elektroautos und Elektroauto-Batterien im Rahmen des Konzepts des virtuellen Kraftwerks weiter ausdehnen, das nicht nur Strom aus echten Kraftwerken, sondern auch aus der Solarstromerzeugung, aus Speicherbatterien und aus Elektroautos in Unternehmen und Haushalten aufnehmen wird.
Funktionsweise von Elektroauto-Batterien
Die Funktionsweise von Lithium-Ionen-Batterien, die derzeit die Hauptrolle bei Elektroauto-Batterien spielen, und von Festkörper-Batterien, die sich derzeit in der Entwicklungsphase befinden, sind wie folgt:
1. Lithium-Ionen-Batterien
Lithium-Ionen-Batterien werden durch Lithium-Ionen geladen und entladen, die in einem flüssigen Elektrolyten zwischen der positiven und negativen Elektrode wandern. Eine Lithium-Ionen-Batterie besteht aus einem organischen Lösungsmittel, das Lithiumverbindungen enthält, einer Kathode aus lithium- und metallhaltigem Oxid, einer Anode aus Graphit und einem Separator aus einer Membran aus einer Polymerverbindung.
Wenn ein externes Ladegerät Strom und Elektronen an die Anode liefert, wandern positive Lithiumionen von der Kathodenseite durch den Spalt im Separator zur Anode, wodurch eine Potenzialdifferenz zwischen Kathode und Anode entsteht, die die Batterie auflädt. Beim Entladen wandern die in der negativen Elektrode gespeicherten Lithiumionen zur positiven Elektrode, und Elektronen fließen von der negativ geladenen negativen Elektrode zum externen Verbraucher, wodurch die Energie in der Batterie genutzt wird.
2. Festkörper-Batterien
Die Funktionsweise der Bewegung der Lithium-Ionen zwischen der positiven und der negativen Elektrode ist in Festkörper-Batterien dasselbe wie in Lithium-Ionen-Batterien. Allerdings wird bei Festkörper-Batterien kein Elektrolyt verwendet, und die Lithiumionen bewegen sich durch den festen Elektrolyten. Es gibt auch keinen Separator, da keine Gefahr besteht, dass sich die positiven und negativen Elektroden berühren.
Arten von Elektroauto-Batterien
Elektroauto-Batterien verwenden hauptsächlich wiederaufladbare Sekundärbatterien. Zu den Elektroauto-Batterien, die derzeit entwickelt und vermarktet werden, gehören die folgenden:
1. Blei-Säure-Batterien
Blei-Säure-Batterien sind insofern überlegen, als sie aus reichlich vorhandenen und preiswerten Materialien hergestellt werden und ein geringes Risiko einer Explosion oder eines Brandes aufgrund der bei einem Aufprall auftretenden äußeren Kräfte aufweisen. Sie werden als Zusatzbatterien in Elektrofahrzeugen verwendet.
Durch die Sicherung einer separaten Batterie für die Klimaanlage und die Beleuchtung können die von der Hilfsbatterie angetriebenen Teile auch dann problemlos funktionieren, wenn die Antriebsbatterie im Falle eines Unfalls ausfällt. Blei-Säure-Batterien sind wegen ihrer hohen Lebensdauer und niedrigen Kosten weit verbreitet.
2. Lithium-Ionen-Batterien
Eines der Hauptmerkmale ist die 1,5 bis 5 Mal höhere Energiedichte im Vergleich zu anderen wiederaufladbaren Batterien. Sie haben den Vorteil, dass es keinen Memory-Effekt gibt, der die Kapazität zu verringern scheint, und die Nennspannung liegt bei bis zu 3,6 V.
Andererseits haben sie eine hohe Energiedichte und sind bei hohen Temperaturen zündgefährdet. Daher müssen Elektrofahrzeuge mit Antriebsbatterien vor Schäden durch große Stöße geschützt werden. Die Fahrzeughersteller achten bei ihrer Entwicklung besonders auf die Sicherheit von Antriebsbatterien.
3. Nickel-Metallhydrid-Batterien
Die Batterie besteht aus Nickelhydroxid für die positive Elektrode und einer Wasserstoffspeicherlegierung für die negative Elektrode. Nickel-Metallhydrid-Batterien sind den Lithium-Ionen-Batterien in Bezug auf die Energiedichte und andere Leistungsaspekte unterlegen, aber in Bezug auf die Kosten und die Sicherheit überlegen. Aufgrund ihrer geringeren Energiedichte werden sie hauptsächlich in Hybridfahrzeugen (HEV) eingesetzt.