Warum werden Lithium-Ionen-Autostartbatterien nicht breitflächig eingesetzt?

Wenn wir also über Autobatterien sprechen, sollten wir verstehen, dass es sich um Starterbatterien handelt – die lebenswichtigen Komponenten, die den Start und die kontinuierliche Stromversorgung für Ihre bewährten Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor ermöglichen. Diese sind zusätzlich zu der großen Traktionsbatterie vorhanden, die Elektrofahrzeuge (EVs) für Reichweite und Antriebsleistung nutzen. Obwohl die Li-Ion-Technologie zunehmend häufiger in einer breiten Palette von Anwendungen eingesetzt wird, ist sie im Bereich der Fahrzeug-Starterbatterien eher unüblich. Dieser Artikel beleuchtet die Ursachen dafür und untersucht die technologischen, wirtschaftlichen und logistischen Herausforderungen, die eine flächendeckende Verbreitung von Lithium-Ionen-Batterien in diesem Bereich bisher verhindert haben.

Was tun Starterbatterien in Fahrzeugen?

Die Art von Starterbatterien, die Sie in Kraftfahrzeugen finden, ist darauf ausgelegt, einen kurzen Leistungsschub zu erzeugen, der gerade ausreicht, um den Motor in Bewegung zu setzen und die Verbrennung einzuleiten. Außerdem müssen sie unabhängig von den Bedingungen – eisige Winter oder heiße Sommer – stets ihre optimale Leistung erbringen und harmonisch mit der Fahrzeugelektronik zusammenarbeiten. Das Starten des Motors unterscheidet sich hinsichtlich der Anforderungen deutlich von EV-Batterien, die speziell auf Energiedichte (für große Reichweiten) optimiert sind: Hier stehen vielmehr Leistungsdichte und Lebensdauer bei Hochleistungszyklen im Vordergrund. Dieser Punkt ist entscheidend, da er die Benchmark darstellt, an der sich jede konkurrierende Batterietechnologie messen lassen muss, die solche Funktionen übernehmen möchte. Die Lithium-Ionen-Technologie ist insgesamt zwar ausgereift, stößt jedoch bei diesen Anwendungen sofort auf eine Vielzahl von Problemen, auf die wir im Folgenden eingehen werden.

Technologische und Leistungsgrenzen

Der Lithium-Ionen-Akku wird verwendet, und dann der herkömmliche Blei-Säure-Akku, hat eine höhere Energiedichte und wiegt weniger. Für viele Anwendungen machen diese Vorteile jedoch wenig Sinn. Eine andere Frage ist, wie sie bei heißen und kalten Temperaturen abschneiden. In kaltem Klima können Lithium-Ionen-Zellen problematisch sein, da sie nur eine begrenzte Anzahl an Startstromstärken liefern, was zum Starten des Fahrzeugs nicht ausreicht. Im Gegensatz dazu sind Blei-Säure-Batterien auch unter solchen Bedingungen leistungsstark und können jederzeit Strom bereitstellen, selbst wenn es kalt wird. Außerdem erfordert der oben erwähnte Lithium-Ionen-Akku eine komplizierte Spannungsüberwachung zur Verhinderung von Überladung und/oder Vorrichtungen zur Verhinderung von Tiefentladung, wenn er durch Ladeeinrichtungen in einem Fahrzeug geladen wird, für das er nicht vorgesehen ist, beispielsweise weil dieses Fahrzeug lediglich einfachere Blei-Säure-Detektoren benötigt. Lithium-Ionen-Batterien müssen außerdem ständig überwacht und verwaltet werden, da sie sonst beschädigt oder zerstört werden könnten, was zusätzliche Komplexität und Kosten verursacht.

Wirtschaftliche und Sicherheitsbedenken

Der Preis ist ein weiteres Problem bei Lithium-Ionen-Starterbatterien. Ihre Herstellung ist deutlich teurer als die von Blei-Säure-Batterien, die von Jahrzehnten der Optimierung und Skaleneffekten profitiert haben. Selbst zu diesem Preis sind Blei-Säure-Batterien jedoch gerade ausreichend leistungsfähig für die Mehrheit der Endnutzer und Hersteller. Die Sicherheit ist ein weiterer kritischer Faktor. Lithium-Ionen-Batterien sind gefährlich oder möglicherweise unsicher, wenn die Batterie durchstoßen, erhitzt oder kurzgeschlossen wird. Dies ist auch einer der Gründe, warum Blei-Säure-Batterien, obwohl sie keineswegs sicher sind, in extremen (automobilen) Einsatzbedingungen sicherer/stabiler sind. Aufgrund dieser Faktoren eignen sich Lithium-Ionen-Batterien weder wirtschaftlich noch sicherheitsmäßig gut für den Masseneinsatz als Starterbatterien.

Verbreitung von Blei-Säure-Batterien

Es gibt einen Grund dafür, dass die Blei-Säure-Batterie seit mehr als 100 Jahren als Startbatterie im Automobilbereich etabliert ist. Sie sind sehr zuverlässig und können den hohen Strom liefern, der zum Anlassen eines Motors erforderlich ist, ohne sich bei Entladung stark zu verschlechtern. Darüber hinaus ist die Technologie ausgereift; sie verfügt bereits über etablierte Produktions- und Recyclingprozesse, durch die die meisten Materialien wieder zurückgewonnen werden, wie veröffentlichte Studien belegen, die ihre Nachhaltigkeit bestätigen. Hinzu kommt, dass Blei-Säure-Batterien in bestehende Fahrzeugarchitekturen passen und sich als kompatibel erweisen, ohne dass wesentliche Systemänderungen beispielsweise an Ladestationen oder der elektrischen Infrastruktur erforderlich wären. Natürlich spielt auch die einfache Integration in andere Technologien und Produktionsanlagen sowie die geringen Kosten eine entscheidende Rolle. Letztendlich hat die Automobilindustrie wenig Vorteile davon, auf Lithium-Ionen-Batterien für den Startvorgang umzusteigen, zumal die bewährte Blei-Säure-Technologie den Verbrauchern Sicherheit bietet.

Zukünftige Perspektiven und Branchentrends

Das könnte alles in Zukunft für Starterbatterien anders aussehen, doch diese Veränderungen werden voraussichtlich marginal bleiben. Diese Einschränkungen werden jedoch durch Fortschritte bei den Lithium-Ionen-Chemien immer besser beherrschbar, einschließlich Verbesserungen bei den verschiedenen Varianten von Lithium-Eisenphosphat-Ableitungen, die sie sicherer und/oder kostengünstiger machen. Die Technologie müsste sich jedoch weiterentwickeln, und Industriepraktiken sowie Verbraucher müssten sich darauf einstellen, sagen Branchenbeobachter. Da Fahrzeuge zunehmend elektronische Funktionen integrieren und zur Hybridisierung übergehen, könnte die Nachfrage nach Starterbatterien sich verändern und potenziell eine Öffnung für Lithium-Ionen schaffen. Doch Blei-Säure-Batterien werden auf kurze Sicht weiterhin die führende Technologie bleiben, da sie über eine etablierte Infrastruktur verfügen und wirtschaftliche Vorteile bieten. Der Übergang zu neuen Technologien wird ein Wirrwarr aus Schaffung und funktioneller Notwendigkeit sein.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Lithium-Ionen-Autobatterien im Start-Stopp-Betrieb aufgrund von Leistungseinschränkungen und Kostenfolgen, Sicherheitsbedenken sowie der äußerst starken Marktposition der etablierten Blei-Säure-Technologie kaum verbreitet sind. Lithium-Ionen ist eine vielversprechende Technologie für andere Anwendungen, spielt jedoch beim klassischen Autostart bisher kaum eine Rolle. Diese Gegebenheiten erklären, warum Innovationen weiterhin in anderen Bereichen entwickelt werden, während im Automobilsektor auf bewährte Lösungen gesetzt wird.