Durch die allmähliche Batteriealterung verringert sich die Reichweite eines Elektroautos mit der Zeit – das dürften wohl die meisten E-Auto-Fans schon wissen. Doch man kann etwas gegen diese Alterung tun. Jason Fenske zählt in seinem YouTube-Kanal Engineering Explained nun drei Tipps zur Erhaltung der Reichweite auf. Und der Technik-Nerd erklärt auch noch ziemlich genau, warum man sie befolgen sollte. 

Das Video betrifft die am weitesten verbreitete Art von Lithium-Ionen-Akkus für Elektroautos: NMC-Batterien. Das sind Akkus, deren Kathoden aus Nickel, Mangan und Cobalt bestehen. Dafür gelten drei Grundregeln für das Aufladen:

  1. Parken Sie das Elektroauto nicht für längere Zeit mit voller Batterie bei hohen Temperaturen
  2. Warten Sie mit dem Aufladen nicht, bis die Batterie leer ist
  3. Laden Sie die Batterie nicht zu oft auf 100 Prozent auf

1.) Auto nicht mit voller Batterie länger stehen lassen

Warum sollte man die volle Batterie nicht länger unbenutzt lassen, vor allem bei erhöhten Temperaturen? Die kurze Antwort ist: Weil die Batteriealterung bei hohen Spannungen (also hohem Ladestand, SoC) und erhöhten Temperaturen schneller erfolgt.

Aber Jason geht noch tiefer: Eine der vielen Ursachen für die Batteriealterung ist die Bildung eines festen Belags, des so genannten Solid Electrolyte Interface (SEI), auf den Teilchen in den Elektroden durch spannungsbedingte Wechselwirkungen mit dem Elektrolyten. Dieser Prozess ist mit den ersten Ladezyklen nicht beendet, sondern der Belag wächst im Lauf der Zeit weiter, und zwar umso schneller, je höher die Spannung und je höher die Temperatur ist.

Wie viel die schnellere Batteriealterung bei hohem Ladestand und erhöhter Temperatur ausmacht, zeigt ein Experiment, das Jason zitiert. Dabei verringerte sich die Speicherkapazität einer Batterie bei 50 Grad innerhalb von 200 Tagen auf weniger als 60 Prozent, wenn die Batterie komplett geladen war. Bei einer 30%-Ladung sank die Kapazität in der doppelten Zeit (400 Tage) nur auf noch moderate 85 Prozent. 

Wenn Sie Ihr Auto also im Sommer länger stehen lassen müssen (zum Beispiel während des Urlaubs), dann sollten Sie es nur auf 30 Prozent aufladen und dafür sorgen, dass das Auto zumindest nicht in der prallen Sonne steht. Im Winter braucht man sich über solche Standzeiten keine Sorgen zu machen.

Vermeiden Sie große Ladehübe

Man sollte auch mit dem Aufladen des Autos nicht warten, bis der Ladestand möglichst tief ist. Gut ist es zum Beispiel, die Batterie im Alltag nur bis 80 Prozent zu laden und nicht unter 60 Prozent zu entladen. Man sollte das Auto also auch nach kurzen Fahrten einstöpseln, sagt Jason. Denn viele kleine Ladehübe sind für den Akku besser als ein großer Ladehub.

Zu den Gründen für die verstärkte Batteriealterung durch große Ladehübe gehört laut Jason die Bildung von Materialbrüchen in der Kathode, die zu neuen Oberflächen und damit erneuter SEI-Bildung führen.

Woher kommen diese Materialbrüche? Nun, beim Laden und Entladen werden Lithium-Ionen in die Kristallstruktur der Kathodenmaterials eingelagert (wobei der Kristall sich in einer Richtung ein wenig ausdehnt), oder die Ionen verlassen die Struktur (wobei der Kristall in einer Richtung ein wenig schrumpft). Das Material "arbeitet" also, und das ist für keinen Werkstoff gut. Bei kleineren Ladehüben sind die Ausdehnung und das Schrumpfen kleiner, und deshalb führen die Brüche nicht so weit in die Teilchen hinein.

Welche Auswirkung große Ladehübe auf die Batteriealterung haben, illustriert wieder ein Experiment: Wenn die Batterie stets von 0 bis 100 Prozent geladen und entladen wurde, verringerte sich ihre Speicherkapazität in 100 Tagen auf die Hälfte. Wenn sie nur zwischen 40 und 60 Prozent ge- und entladen wurde, blieb auch nach 400 Tagen noch 85 Prozent der Kapazität erhalten. Jasons Rat: Übertreiben Sie es nicht, sondern denken Sie nur daran, ihr Elektroauto nach jeder Fahrt aufzuladen, so kurz sie auch sein mag. Leute, die zu Hause laden können, fällt das relativ leicht, alle anderen sollten das Augenmaß bewahren.

Laden Sie nicht zu oft auf 100% auf

Warum sollte man seinen Akku nicht zu oft ganz vollladen? Jason erklärt das mit zwei Tricks der Akkuhersteller, die eine vorzeitige Batteriealterung vermeiden sollen. Trick Nummer eins ist die Verwendung von möglichst großen Kristallen für das Kathodenmaterial. Das führt angeblich zu weniger Materialbrüchen und damit weniger Alterung.

Trick Nummer zwei ist die Verwendung von viel Nickel, also zum Beispiel NMC811 (80% Nickel) statt NMC532 (50% Nickel). Höhere Nickelgehalte führen zu höheren Energiedichten. Der Nachteil ist ein Plateau in der Ladekurve bei 75 bis 100 Prozent: Hier bleibt die Spannung über einen breiten SoC-Bereich gleich, doch das Material arbeitet stark. Wenn man dieses Plateau am Ende der Ladekurve vermeidet, riskiert man also weniger Materialbrüche. Dazu kommt noch, dass das Material in diesem Bereich der Ladekurve auch noch Sauerstoff verliert, was zu Gasbildung in der Batterie führen kann – einem weiteren Grund für Batteriealterung. 

Jasons Rat ist auch hier wieder, es bei der Befolgung dieses Rats nicht zu übertreiben, insbesondere wenn man nicht zu Hause an der Wallbox laden kann. Aber wenn möglich, sollte man den Akku nicht über 75 Prozent hinaus aufladen, falls der Nickel-Gehalt der Batterie höher als 70% ist.

Schnellladen macht keinen großen Unterschied

Oft hört man, man sollte nicht zu oft schnellladen. Doch hier gibt Jason Entwarnung: Ob man mit Wechselstrom (AC) oder Gleichstrom (DC) lädt, mache keinen großen Unterschied. Der Grund: Das Auto regele den Ladestrom beim DC-Laden selbst und sorge dabei dafür, dass die Stromstärke nicht größer ist als die Batterie verkraftet.

Unterm Strich

Die drei Tricks zur Erhaltung der Reichweite haben wir schon öfter gehört, aber uns fehlte noch die Begründung – danke dafür, Jason. Wir verstehen die chemisch-physikalischen Hintergründe nun deutlich besser. Für alle, die sich nicht zu den Technik- und Wissenschafts-Nerds zählen, reicht wohl, wenn sie sich die drei Regeln einprägen. Und sie nicht sklavisch zu befolgen.