Elon Musks neue Batterie und der Kampf gegen die Naturgesetze

Eine Million Meilen im Auto mit einer einzigen Batterie. Das verspricht Tesla-Chef Elon Musk. Doch es ist unwahrscheinlich, dass er sich über die Gesetze der Thermodynamik hinwegsetzen kann. Die begrenzen den Energiegehalt einer Batterie.

imago images / Future Image

Eine Million Meilen im E-Auto mit einer einzigen Batterie – das soll mit neuen Batterien zu schaffen sein. So hat es jedenfalls Tesla-Chef Elon Musk in einem bemerkenswerten »Batterie Day« in Kalifornien (»einer der aufregendsten Tage der Tesla-Geschichte«, so vorher Musk auf Twitter) angekündigt. 

Musk ist klar: Das Elektroauto ist noch viel zu teuer, vor allem die Batterie muss billiger werden. Das soll einmal wohl durch neue Fertigungstechnologien mit einer deutlich höheren Massenfertigung passieren. Tesla hat nach Auskunft von Branchenbeobachtern bereits Spezialmaschinen für die Zellproduktion bei der südkoreanischen Hanwha Group bestellt.

Neue Batteriezellen vom Typ 4860 sollen mit 48 Millimetern mehr als doppelt so dick wie bisher sein, daher soll nicht mehr so viel Material für die Einhüllung der Zellen benötigt werden, die Produktion preiswerter werden. Wie die Tesla-Ingenieure die dadurch größer werdenden Temperaturprobleme im Inneren der Zelle in den Griff bekommen, verriet Musk nicht. Denn bei schnellem Laden und Entladen entstehen hohe Temperaturen im Inneren, die nach außen abgeführt werden müssen. Diese Faktoren begrenzen erheblich die Leistungsfähigkeit einer Batterie.

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Anoden sollen künftig aus Silizium sein. Das verpönte Kobalt in der Kathode soll durch Nickel ersetzt werden. Die Batterie soll künftig in die Struktur eines Autos integriert werden, also Bestandteil der Karosserie werden. Die Elektrodenmaterialien sollen nicht mehr mit Hilfe von Lösungsmitteln gemischt und gefertigt, sondern trocken geformt werden. Das spart erheblich Zeit und Energie in der Produktion ein. 

Doch es ist unwahrscheinlich, dass sich Herr Musk über die Gesetze der Thermodynamik hinwegsetzen kann. Die begrenzen den Energiegehalt einer Batterie. Die sogenannte »elektrochemische Spannungsreihe« erlaubt maximal 6 Volt für ein Elektrodenpaar. Eine solche Spannung lässt sich nur mit der Elementepaarung Lithium und Fluor erreichen, doch das ist eine hochgefährliche Verbindung, die kaum handhabbar ist.

Voll geladene Lithiumionen-Akkus heutiger Bauart haben bei einer Einzelzelle eine Spannung von 4,2 Volt. Mehr ist schwer zu erreichen, weil man noch keine Elektrolyte gefunden hat, die für die »5-Volt-Batterien« geeignet sind.

Theoretisch ist maximal eine Energiedichte von 0,3 kWh/kg zu erreichen, praktisch allerdings mit 0,15 kWh/kg nur die Hälfte. Doch das ist noch weit vom Energiegehalt von Benzin und Diesel entfernt. Kohlenwasserstoffe enthalten mit rund 12 kWh/kg deutlich mehr Energie. Sie schneiden wirkungsgrad-bereinigt in Sachen Energiedichte mindestens 30 mal besser ab.

In diesem drastischen Unterschied zwischen dem Energiegehalt einer Batterie und dem von Benzin oder Diesel liegt der Grund dafür, dass wir derzeit mit Verbrennungsmotoren beeindruckende Reichweiten erzielen, während dies mit Batterien nicht möglich ist.

Bei Batterien ist die Alterung der Elektrolyte das zentrale Problem. Unter mechanischem Stress beim Laden/Entladen leidet die Batterie, die Materialien werden während der zyklischen Belastung immer mehr zerstört. Musk verriet nicht, ob seine Ingenieure das in den Griff bekommen haben.

Fest steht jedenfalls: Aus Deutschland dürfte in Sachen innovativer Batterien nichts mehr kommen. Den Vorsprung allein asiatischer Unternehmen von 10 bis 15 Jahren ist kaum mehr einzuholen.

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Vor 25 Jahren wurde die Elektrochemie an den deutschen Universitäten abgewickelt, Forschungsgelder für Batterieforschung gab es höchstens vereinzelt. Erst vor zwölf Jahren kam das Thema wieder auf – mit der Klimakatastrophe und der Endlichkeit der Ressourcen als Begründung. Immer wieder ausgegebenes politisches Ziel: eine Million Elektroautos auf die Straße zu bringen. Merkel gab als Ziel ja das Jahr 2020 aus. Viel zu sehen ist davon nicht.

Die Universitäten sind mit Bürokratie und Gender-Nonsense ausgelastet, Fördergelder gibt es in der Regel nur für von Bürokraten ausgeheckte Projekte. Millionen fließen jetzt in ein neues staatlich verordnetes Forschungszentrum wie das in Münster, mit dem die Bundesforschungsministerin ihre Heimat beglücken will. Für dringend notwendige Grundlagenforschung gibt es praktisch kein Geld mehr. So fiel vor ein paar Jahren auch eine interessante Grundlagenforschung an einer Aluminium-Luft-Batterie aus dem Rennen. Die hätte den Vorteil gehabt, dass mit Luft einer der beiden Reaktionspartner überall vorhanden ist und nicht mitgeführt werden muss. 

So setzen sich jedenfalls nicht die besten Ideen durch, auf die auch in der Batterieforschung so dringend gewartet wird. Solange dort aber nichts grundlegend Neues in Sicht ist, lassen Benzin und Diesel die Verbrenner-Autos wesentlich weiter fahren als batteriebetriebene. Daran hat auch Musks Batterie Day nichts geändert.

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Kommentare ( 83 )

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83 Comments
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Wolle
15 Tage her

Dieser Artikel ist TE nicht würdig. Hat der Autor wirklich mal präzise recherchiert? Schon im dritten Absatz fängt es an: der Batterietyp wird falsch zitiert.

Und wenn man diesen Kommentar liest, so fragt man sich wie es sein kann das TE solche Artikel frei gibt:
https://www.tichyseinblick.de/wirtschaft/mobilitaet/elon-musks-neue-batterie-und-der-kampf-gegen-die-naturgesetze/#comment-1123666

Gerade TE will es doch besser machen oder?

Politkaetzchen
24 Tage her

Ich glaube, dass die Leute erst einmal Reihenweise selbst die „schönen Erfahrungen“ mit dem E-Auto, anders lernen sie es nicht.

Fritz Mueller
24 Tage her

Eine Million Meilen im E-Auto mit einer einzigen Batterie, halte ich unter bestimmten Voraussetzungen für möglich: Ladezustand immer zwischen ca. 40 und 80%, das bedeutet stark reduzierte Reichweite, keine hohen Lade- oder Entladeströme und moderate Umgebungstemperaturen. Bei einem analogen Schonbetrieb eines Diesels hält der auch ewig – aber wer braucht das schon? Was Elon Musk nicht sagt, wieviel CO2 bei der Herstellung seiner Batterien freigesetzt wird. Derzeit muss man von +/- 170 kg CO2/kWh ausgehen, das entspricht bei einer 100 kWh Batterie eines Tesla 17.000 kg CO2 oder analog 6.400 l Diesel. Im Betrieb verbraucht ein Tesla ca. 25 kWh/100… Mehr

Wunderbar
25 Tage her

Das sich hier der Autor und alle Kommentatore wunderbar einig sind in ihrer gefühlten Abneigung gegen die Elektro-Mobilität, hier mal ein paar im Artikel „vergessene“ Argumente: Zur Energiedichte: – Die Energiedichte von Benzin mag rund 12 kWh/kg betragen – ein Vebrennermotor verwandelt praktisch davon allerdings rund 80% in Wärme und nur 20% in Vortrieb. Plötzlich bleiben nur noch 2,5 kWh / kg übrig, also ein Faktor 10 an Energiedichte zur Batterie. – Dann werden aus 60 Liter Benzin halt ca. 600 kg Akku (z.B. Tesla Model S). – Fairerweise müsste man jetzt noch den Gewichtsvorteil des elektrischen Antriebsstrangs gegenüber eines… Mehr

Udo Kemmerling
25 Tage her

„Erst vor zwölf Jahren kam das Thema wieder auf – mit der Klimakatastrophe und der Endlichkeit der Ressourcen als Begründung.“ Würden Sie das bitte nicht so schreiben als gäbe es diese Kernelemente der Klimakirche wirklich. Der Planet ist nach wie vor sehr idyllisch, hat halt 3 bis 4 mal zu viele Bewohner. Und die sogenannte Endlichkeit der Ressourcen kommt ausschließlich unter sozialisitischen Energiemangelphänomenen zum Tragen. Wenn wir endlich systematisch an der Entwicklung effizienter Energieerzeuger (Thorium-Brüter, Fusion) arbeiten würden, wäre schlicht und ergreifend alles wirtschaftlich recyclebar. Das geht natürlich nicht mit Windmühlen, die mit ihrem grottigen Erntefaktor bei geistig gesunden, ideologiefreien… Mehr

Burkart Schramm
25 Tage her

In den USA und insbesondere in Kalifornien reißt man das Maul gerne ein bisschen zu weit auf; Erfolg hat im Land der unbegrenzten Möglichkeiten, wer am besten predigt. Genau vor 12 Jahren etwa, als ein bekannter japanischer OEM der Consumer-Electronics-Branche und industrieweiter Zulieferer inmitten einer der imageschädigendsten Skandale verwickelt war, übrigens wegen (Laptop-)Batterien, da versprach ein Anbieter aus dem Sonnenscheinstaat, dass die (wohl nicht von jenem Hersteller stammenden) Akkus der damals eben vorgestellten Laptops für über sagenhafte 1.000 Ladezyklen gut seien, bevor die Leistung auf unter 80% der kalibrierten Kapazität fällt. In der Praxis hatte man indes ein selten gutes… Mehr

DELO
25 Tage her

Nana, Herr Douglas, da ist aber viel Jägerlatein in Ihrem Artikel enthalten und die Kommentatoren scheinen auch nicht die hellsten Lichter der Elektrotechnik zu sein. Eine Batteriezelle vom Typ 4860 sagt überhaupt nichts aus. Damit können sie auch jede jahrzehntelang Bleibatterie mit 48V/60Ah bezeichnen. Das ist schon mal Blindflug. Wenn Herr Musk behauptet, 1,8 Millionen Kilometer mit seinem Auto fahren zu können, so stellt sich die Frage: Wer würde solche Autos benötigen? Ein Vertriebsmann mit ca 50 000km im Jahr(+/- natürlich, es gibt ausgesprochene Vielfahrer), würde damit lustige 36 Jahre herumkutschieren dürfen. Selbst wenn er 100 000km /Jahr zurücklegt (was… Mehr

Wunderbar
24 Tage her
Antworten an  DELO

Tesla Model S: Garantie von 260 TKM auf die Batterie, Reichweite 600km, an V3 Supercharger 450km in 15 Minuten (Kaffeepaus + Pinkelpause). Ausreichend Ladeinfrastruktur entlang aller Hauptverkehrstrecken in Europa + USA. Das Kriterium Preis schafft er noch nicht – zeigt aber wo die Reise hingeht. Ihr Fahrprofil ist aber auch Extrem.
Mir reichen 400km Reichweite mit 20 Minuten Ladedauer locker – das gibt es schon deutlich billger. Die Mehrzeit bei Fernreisen spare ich locker im Alltag beim Pendeln ein, da ich zu Hause lade statt an die Tankstelle zu fahren.

horrex
25 Tage her

Habe mir grad mal wieder ein „Auto-mit-Motor“ gegönnt. Mit reichlich PS und Auspuffrohren wie Ofenrohren 😉 Nach dem Motto: Jetzt erst recht!!!

Hartwig Sendner
25 Tage her

Ich hab es schon mal hier erwähnt.
Die Natur hat in Folge von Evolution kein einziges System (Tier, Pflanze) hervorgebracht, dass seine Lebensenergie in Form von Elektrizität speichert.
Warum wohl ??
Manchmal sollten die Grünen sich mal was von „Mutter Natur“ abgucken und dazulernen

Wunderbar
24 Tage her
Antworten an  Hartwig Sendner

Ich kenne auch kein Lebewesen, dass seine Energie in Diesel speichert, oder einen Biologen der ein gutes Fahrzeug konstruiert hat. Ich kenne auch kein Tier, dass 1000km am Tag rennt oder im Stau steht.

Roland Mueller
25 Tage her

Die hochgelobte Batterieforschung in Asien hat auch nur den Einsatz von etwas billigeren und etwas weniger giftigen Materialien bewirkt. In Sachen Leistungsfähigkeit hat sich so gut wie nichts getan. Siehe den Hinweis vom Herrn Douglas auf die Gesetze der Thermodynamik.

Wunderbar
24 Tage her
Antworten an  Roland Mueller

Naja, der Preis pro kWh ist in 10 Jahren von ca. 1000 Euro auf aktuell 130 Euro gefallen.