Wird das Laden von Elektroautos jemals so schnell gehen wie das „normale“ Betanken eines „Diesels“?

Elektrofahrzeuge gewinnen schnell an Popularität, aber einige potenzielle Käufer bleiben zögerlich. Einer der Gründe ist, dass das Laden von EVs (Elektrofahrzeugen) im Vergleich zur klassischen Beimischung von „Diesel“ langsam ist. Während Autofahrer es heute gewohnt sind, ihren Kraftstofftank in weniger als fünf Minuten aufzufüllen, benötigen Elektrofahrzeuge je nach Batteriegröße und -spezifikation in der Regel zwischen 20 und 30 Minuten, um an den schnellsten Ladestationen 80 Prozent zu erreichen. An den schnellsten Ladestationen, kombiniert mit der Möglichkeit, das Auto aufzuladen, ist es so möglich, in wenigen Minuten 100 Kilometer Reichweite hinzuzufügen. Einige geben sogar eine Zeit von etwa 6 Minuten an.

Die Besitzer von Nicht-Elektrofahrzeugen glauben, dass sie ihre Elektrofahrzeugbatterie unterwegs immer zu 80 Prozent oder mehr aufladen werden. Fakt ist, dass Fahrer von Elektrofahrzeugen an Schnellladestationen nur Energie für die notwendige Distanz zur heimischen Ladestation „aufladen“. So stehen sie zum Beispiel auf dem Heimweg von einer Fahrt, die länger als die Reichweite des Autos ist, nur etwa 10 Minuten am E-Ladegerät. Nur so viel wie nötig an die heimische "Steckdose". Der Grund liegt auch darin, dass das Laden eines Elektroautos an der öffentlichen Infrastruktur von Ladestationen ziemlich teuer oder um ein Vielfaches teurer ist als das Laden zu Hause.

In fünf bis zehn Jahren wäre aber ein deutlich schnelleres Laden möglich. Was theoretisch nur wenige Minuten Aufenthalt an einer Ladestation bedeutet. Unternehmen entwickeln nämlich neue Materialien für Lithium-Ionen-Batterien sowie neue „Solid State“-Batterien, die bei einer höheren Ladegeschwindigkeit stabiler sind. Ladegeschwindigkeiten von 15 Minuten oder weniger für eine „volle“ klassische Akkuladung sind bereits heute technologisch machbar.

Unterdessen hat ein Team von Wissenschaftlern kürzlich einen Prototyp einer Lithiumbatterie entwickelt, die unter Laborbedingungen in nur drei Minuten mehr als 50 Prozent ihrer Kapazität aufladen kann – und dies tausende Male, ohne ihre Kapazität wesentlich zu beeinträchtigen. Die Forscher berichten auch, dass es den Weg für Batterien ebnen könnte, die in nur 10 Minuten vollständig aufgeladen werden können.

Es sind jedoch noch wissenschaftliche und technische Herausforderungen zu bewältigen, bevor ultraschnell aufladbare Batterien für Elektrofahrzeuge technisch machbar und vor allem erschwinglich sind. Einige Experten bezweifeln, dass Elektrofahrzeuge, die so schnell geladen werden können, wirklich die Zukunft sind, die wir uns wünschen – zumindest mit dem Stromnetz, das wir jetzt haben. Dies könnte ein Hindernis sein.

Die Grundlagen des Ladens

Die Batterien in heutigen Elektrofahrzeugen bestehen aus Tausenden von Lithium-Ionen-Zellen mit der Fähigkeit, Energie tausendfach zu speichern und wieder abzugeben. Jede dieser Zellen besteht aus zwei Elektroden – einer Metallkathode und einer Graphitanode – die durch einen flüssigen Elektrolyten getrennt sind. Beim Laden der Batterie fließen Lithium-Ionen durch die Flüssigkeit von der Kathode zur Anode und füllen die Zwischenräume zwischen den Graphitschichten. Die Geschwindigkeit, mit der sich Lithiumionen von der Kathode zur Anode bewegen, bestimmt, wie schnell sich die Batterie auflädt.

Bei hohen Laderaten können Lithiumbatterien überhitzen, was dazu führt, dass sie sich mit der Zeit verschlechtern. Problematischer ist, dass sich Lithium auf der Oberfläche der Anode ansammeln kann, anstatt in sie einzudringen – ein Phänomen, das als Lithiumplattierung bekannt ist. Dies kann nicht nur die Batteriekapazität drastisch reduzieren, Lithiumablagerungen bilden schließlich filamentartige Strukturen, die als Dendriten bekannt sind. Sobald sie sich zu bilden beginnen, können diese Dendriten über den Elektrolyten wachsen, die Kathode berühren und einen Kurzschluss erzeugen, wodurch die Batterie Feuer fängt oder explodiert.

Aufgrund von Schnellladeproblemen haben alle EV-Batterien eingebaute Ladegeschwindigkeitsbegrenzungen. Eine sehr starke 350-Kilowatt-Schnellladestation könnte die 95-Kilowattstunden-Batterie eines SUV wie des Audi E-tron theoretisch in weniger als 16 Minuten aufladen. Der Akku selbst kann jedoch nur maximal etwa 150 Kilowatt Ladeleistung verarbeiten, wodurch seine tatsächliche Vollladegeschwindigkeitsgrenze näher an 40 Minuten liegt.

Wie schnell der Akku lädt, hängt nicht nur vom Ladegerät ab und wie viel Kilowatt Leistung der Akku aufnehmen kann, sondern auch von der Größe des Akkus, wie stark er geladen wird und sogar vom Wetter – also dem Äußeren Temperaturen und die Bereitschaft der Batterie, Energie aufzunehmen. Dennoch können hochmoderne Schnellladestationen eine EV-Batterie oft bis zu 80 Prozent aufladen, was buchstäblich Hunderte von Kilometern Reichweite in nur 30 Minuten hinzufügt (wenn die Batterie zu 80 Prozent voll ist, verlangsamt sich die Laderate um Schäden am Akku zu vermeiden). Tesla-Besitzer können die „Tesla Supercharger“-Station besuchen, die in 15 Minuten rund 300 km Reichweite hinzufügt.

Wie sieht die Zukunft des ultraschnellen Ladens aus?

300 Kilometer in nur 15 Minuten sind zwar wirklich extrem schnell, aber psychologisch ist das noch lange nicht das, was wir heute brauchen, um einen klassischen „Diesel“-Tank zu füllen, mit dem wir 1000 Kilometer schaffen. Diejenigen, die auf ein solches Ladeerlebnis für Elektrofahrzeuge hoffen, müssen noch etwa ein Jahrzehnt warten, bis die bereits bekannte Technologie in die Praxis umgesetzt wird. Selbst wenn EV-Batterien in weniger als 10 Minuten aufgeladen werden können, ist nicht klar, ob ultraschnelles Aufladen möglich sein wird. Bei 400 Volt und mehr, die heutige Schnellladestationen aus dem Stromnetz ziehen, stellt sich schnell die Frage nach der Nachhaltigkeit der Infrastruktur.

Aber Tatsache ist, dass wir die falschen Dinge fragen! Nutzer von Elektrofahrzeugen nutzen öffentliche Infrastruktur und Schnellladestationen nur noch als Notausstieg. Die meisten modernen Elektroautos können echte 300 Kilometer ohne Nachladen fahren. In der Praxis bedeutet dies, dass jeder aus Ljubljana problemlos nach Portorož und zurück gelangen kann. Also zur heimischen Ladestation – ohne Zwischenstopps. Wer sichere 100 Kilometer zusätzliche Reichweite wünscht, kann sich an Schnellladestationen entlang der Autobahnen die Energie in weniger als 10 Minuten holen. Dies ist eine Zeit, die mit einem normalen Stopp an einer Tankstelle vergleichbar ist. Sowohl Fahrer von Oldtimern als auch von Elektroautos saugen.