Elektroautos und die verschiedene Akkutypen mit Vor- und Nachteilen
Elektroautos und die verschiedene Akkutypen mit Vor- und Nachteilen ist heute das Thema. Elektroautos haben sich seit 2010 weltweit einen Marktanteil erobert und gelten als bedeutender Beitrag zur Energiewende. Wie schon die ersten Elektroautos in den 1880er Jahren – ja so früh wurden diese Autos bereits erfunden – nutzen sie elektrische Motoren zur Fortbewegung. Die Motoren werden von wieder aufladbaren Batterien mit elektrischem Strom versorgt.
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Die Renaissance der Elektroautos begann in den 1990er Jahren mit der Entwicklung neuer Batterietypen. Das führte zu bemerkenswerten Modellen wie dem General Motors EV1, dem Tesla Roadster und dem Nissan Leaf führte. Fortschritte in Reichweite, Leistung und Ladegeschwindigkeit haben das Interesse an Elektroautos weltweit erhöht. Etablierte Hersteller – wenn auch sehr verzögert – bringen neue elektrische Modelle auf den Markt und erweitern das Angebot. Elektroautos bieten Vorteile wie hohe Drehmomente, geringe bis keine Emissionen und reduzierten Wartungsaufwand im Vergleich zu Verbrennungsmotoren. Sie weisen unterschiedliche Aufbauten und Komponenten auf, die Aerodynamik, Sicherheit, Manövrierfähigkeit und den Innenraum verbessern.
Die Vorteile des Elektroantriebes
Verbrennungsmotoren müssen eine über die „Explosionen“ im Verbrennungsraum über dem Kolben erzeugten Hub- und Senkbewegung erst in eine Drehbewegung verwandeln. Sowohl bei der Verbrennung des Kraftstoffes und bei dieser „Bewegungsumwandlung“ geht viel Energie und damit Effizienz verloren. Die Bilanz ist gruselig! Der Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors mit Benzin liegt nur bei gut 20 Prozent. Mehr als drei Viertel der im Kraftstoff enthaltenen Energie gehen als Abwärme weitgehend verloren. Da die Kraft des Motors nur über ein Getriebe und Differential an die Räder abgegeben werden kann, entstehen weitere Effizienzverluste.
Die Elektromotoren erzeugen direkt eine Drehbewegung und damit ein sehr hohes Drehmoment. Sie können ohne Getriebe und Differential mechanisch direkt mit den Rädern verbunden oder auch in die Radnaben integriert werden. Damit kommt ein Elektrofahrzeug auf einen Wirkungsgrad von 64 Prozent. Es ist damit sehr viel effizienter als ein konventionelles Auto mit Verbrennungsmotor. Es werden verschiedene Typen von Elektromotoren verwendet. Darunter permanenterregte Synchronmotoren sowie bürstenbehaftete und bürstenlose Gleichstrommotoren. Elektroautos nutzen die „rekuperative Bremsung“, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln und den Energieverbrauch zu reduzieren.
Die Batterie bestimmt die Reichweite
Die Batteriegröße und -art, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, beeinflussen die Reichweite von Elektroautos. Eine wichtige Voraussetzung für die breite Akzeptanz von Elektrofahrzeugen ist eine gut ausgebaute Ladeinfrastruktur. Die Ladetechnologie umfasst Typ-2-Stecker, CCS-Stecker, ICCB, CEE-Steckverbinder und CHAdeMO-Stecker. Die Ladeleistung und -zeit hängen von der Station und der Technologie des Fahrzeugs ab. Es werden öffentliche Ladestationen ausgebaut, Batteriewechselsysteme und drahtlose Lademöglichkeiten entwickelt.
Die Umweltauswirkungen von Elektroautos umfassen geringere CO2-Emissionen, reduzierten Energieverbrauch und geringere Feinstaubemissionen. Der CO2-Fußabdruck von Elektroautos hängt von der Stromerzeugung, der Batterieproduktion und dem Recycling ab. Elektroautos stoßen weniger Mikroplastikpartikel aus als Verbrennungsfahrzeuge, tragen jedoch wie konventionelle Autos auch zur Reifenabriebverschmutzung bei. Die Umweltauswirkungen hängen von der Herkunft des für das Laden verwendeten Stroms ab. Am besten ist es, wenn der Ladestrom aus Windkraft oder von einer Fotovoltaik-Anlage kommt. Mit einer entsprechend dimensionierten Fotovoltaik-Anlage auf dem eigenen Dach wir das eigene Haus zur Solartankstelle und man tankt zumindest theoretisch umsonst.
Brennstoffzellenfahrzeuge weisen im Vergleich zu Elektrofahrzeugen eine geringere Gesamtwirkungsgrad auf. Elektroautos haben eine längere Lebensdauer und geringere Wartungskosten im Vergleich zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren. In Zukunft werden sie voraussichtlich günstiger sein als konventionelle Autos. Bislang sind sie teurer und die Anschaffung wird meist staatlich subventioniert. Das Konzept des „Vehicle to Grid“ nutzt die Batterien von Elektrofahrzeugen als Pufferspeicher für das öffentliche Stromnetz. Wie schon erwähnt spielen Regierungsbeihilfen und -vorschriften eine wichtige Rolle für das Wachstum von Elektrofahrzeugen. Der Marktanteil von Elektrofahrzeugen variiert von Land zu Land, wobei Deutschland ein signifikantes Wachstum verzeichnet, dennoch aber anderen Ländern wie Norwegen hinterherhinkt. Weltweit wurden verschiedene staatliche Unterstützungsmaßnahmen wie Subventionen und steuerliche Vorteile eingeführt, um die Einführung von Elektrofahrzeugen zu fördern.
Elektroautos und die verschiedene Akkutypen
Zusammenfassend lassen sich bei den Akkutypen für Elektroautos verschiedene Varianten identifizieren. Die gängigsten Akkutypen sind Lithium-Ionen-Batterien, die aufgrund ihrer hohen Energiedichte und effizienten Leistung weit verbreitet sind. Sie bieten eine gute Reichweite und sind in der Lage, hohe Leistungsanforderungen zu erfüllen. Lithium-Eisenphosphat-Batterien zeichnen sich durch eine höhere Sicherheit und Lebensdauer aus, haben jedoch eine geringere Energiedichte. Natrium-Ionen-Batterien könnten in Zukunft eine Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien darstellen und sind aufgrund der größeren Verfügbarkeit von Natriumressourcen interessant. Andere vielversprechende Akkutypen umfassen Feststoffbatterien, die höhere Energiedichten und schnellere Ladezeiten bieten könnten, sowie Wasserstoff-Brennstoffzellen, die Elektrofahrzeuge mit elektrischer Energie versorgen können.
Jeder Akkutyp hat seine eigenen Vor- und Nachteile
Lithium-Ionen-Batterien bieten eine hohe Energiedichte und gute Leistung, aber sie können teuer sein und bergen mögliche Sicherheitsrisiken. Lithium-Eisenphosphat-Batterien sind sicherer, haben aber eine geringere Energiedichte. Natrium-Ionen-Batterien haben das Potenzial, günstiger und umweltfreundlicher zu sein, sind jedoch noch in der Entwicklung. Feststoffbatterien könnten die Energiedichte und Ladezeiten verbessern, stehen aber noch vor einigen technischen Herausforderungen. Wasserstoff-Brennstoffzellen haben den Vorteil einer schnellen Betankung mit Wasserstoff und einer hohen Reichweite, aber die Infrastruktur an Wasserstofftankstellen ist begrenzt und die Gesamtwirkungsgrad ist geringer.
Die Auswahl von Elektroautos und den verschiedenen Akkutypen hängt von den spezifischen Anforderungen des Elektroautos ab, einschließlich der gewünschten Reichweite, Leistung und Kosten. Die Weiterentwicklung der Akkutechnologie ist von großer Bedeutung, um die Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit von Elektroautos weiter zu verbessern.
