Das Leben einer EV-Batterie

Welche Frage geht dir zuerst durch den Kopf, wenn du „EV-Batterie“ (Elektrofahrzeug-Batterie) liest? Wie viel Energie kann sie speichern? Wie alt ist sie? Wie weit bringt sie mich? 

Das sind tatsächlich alles gute Fragen. Aber hast du dir schon mal Gedanken über den Lebenszyklus einer EV-Batterie gemacht? Woher kommen die Rohstoffe? Was passiert, wenn die Batterie den Geist aufgibt? 

Der Lebenszyklus einer EV-Batterie erzählt eine faszinierende Geschichte, die sich auf der ganzen Welt abspielt. Im Rahmen dieses Blog-Artikels konzentrieren wir uns nur auf die Lithium-Ionen-Batterie – der gängigste Batterietyp in Elektrofahrzeugen. 

Legen wir los …

Abbau und Veredelung EV-Batteries

Es überrascht dich vielleicht nicht, aber Lithium-Ionen-Batterien wachsen nicht auf Bäumen. Obwohl das ziemlich praktisch wäre. 

Lithium-Ionen-Batterien sind ein Produkt aus verschiedenen Rohstoffen, die abgebaut und zu den chemischen Verbindungen veredelt wurden, die sie funktionsfähig machen. Die fünf wichtigsten Rohstoffe für EV-Batterien sind Lithium, Kobalt, Graphit, Nickel und Mangan. Leider kommen diese Rohstoffe nicht alle am selben Ort vor: Lithium wird in Chile, Argentinien und Bolivien abgebaut, Kobalt in der Demokratischen Republik Kongo, Graphit in China, Nickel in Indonesien sowie Australien und Mangan in Südafrika.

Außerdem wird Lithium zwar in Chile abgebaut, aber nicht dort veredelt – das gilt auch für andere Rohstoffe. Da China rund 80 % der weltweiten Rohstoffveredelung kontrolliert und der größte Produzent von Graphit ist, werden fast alle Verbundstoffe von EV-Batterien in China veredelt. 

China wird wahrscheinlich noch eine Weile die Führung in diesem Prozess behalten, aber auch in anderen Teilen der Welt wird intensiv zum nachhaltigen Abbau geforscht …

Das Unternehmen British Lithium in Cornwall im Vereinigten Königreich erforscht die Möglichkeit, Lithium aus dem Glimmer von Granit (von dem es dort reichlich gibt) zu gewinnen. Im Januar 2022 ist das im Rahmen eines Pilotprojekts offiziell gelungen. Das ist ein großer Fortschritt für den nachhaltigen Abbau von Lithium, weil British Lithium damit der erste Produzent der Welt ist, der Lithium an einem Standort abbaut und veredelt.  

Verarbeitung und Ladung EV-Batteries

Nachdem die Rohstoffe abgebaut und veredelt wurden, kommen sie zu einem Batteriehersteller. Hier werden sie zu Batteriezellen zusammengesetzt und zu Modulen verbunden. 

Eine Lithium-Ionen-Batteriezelle verfügt über einen Elektrolyt und zwei Arten von Elektroden: Anode und Kathode. Aufgrund ihrer bemerkenswerten Fähigkeit zur Speicherung von Lithium-Ionen (Energie) sind diese Elektroden der Hauptgrund für den Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien in Elektrofahrzeugen.

Sobald die Zellen zu Modulen verbunden sind, geht es für sie weiter zur Produktionslinie. Hier werden sie zu Batteriesätzen verpackt und in einem Schutzgehäuse mit Wärmesensoren und einem Kühlsystem versiegelt. Der verpackte Batteriesatz wird einer Reihe von Sicherheitstests unterzogen, z. B. der Dichtheitsprüfung (um sicherzustellen, dass das Gehäuse richtig abgedichtet ist) und einer Reihe von elektrischen Tests (um sicherzustellen, dass die Stromversorgung und die Isolierung funktionieren). Wenn der Batteriesatz die Tests besteht, erhält er einen Sicherheitswarnaufkleber und wird auf der Produktionslinie in die Karosserie des Elektrofahrzeugs eingebaut.  

Weitere Informationen über den Aufbau von EV-Batteriezellen und -modulen sowie den Ladevorgang der Batterien findest du in unserem Blog: Wie funktionieren Elektrofahrzeuge?

Recycling und Wiederverwendung EV-Batteries

Hat eine EV-Batterie das Ende ihrer Lebensdauer erreicht (in der Regel nach etwa 10 Jahren), landet sie nicht auf einer Mülldeponie. Zum Glück gibt es Vorschriften, die die Verbrennung und Entsorgung von EV-Batterien auf Mülldeponien verbieten. Was passiert also stattdessen? 

Wenn eine EV-Batterie den Geist aufgibt, hat sie für gewöhnlich noch eine restliche Ladekapazität – nicht genug, um ein Elektrofahrzeug anzutreiben, aber genug für andere Zwecke der Energiespeicherung. Abhängig von ihrem Zustand erhält die Batterie eine Effizienzbewertung. Diese Bewertung bestimmt, ob die Batterie recycelt oder wiederverwendet wird. 

Wenn eine EV-Batterie für die Wiederverwendung eingestuft wird, bedeutet das in der Regel, dass sie als sekundärer Energiespeicher eingesetzt wird, z. B. für Kraftwerke oder Solarenergiespeicher. Dadurch erhält die EV-Batterie ein zweites Leben. Nur leider sind die Möglichkeiten für die Nutzung der Sekundärbatterie derzeit begrenzt – aber nicht mehr lange! Batterietechnologien für Elektrofahrzeuge werden von Jahr zu Jahr leistungsfähiger – und angesichts der spannenden Entwicklungen, wie Festkörperbatterien, werden auch die Möglichkeiten der Zweitnutzung von Batterien zunehmen. Die aufregendste dieser Möglichkeiten? Nachhaltiges Netzmanagement. Das würde bedeuten, dass die EV-Batterien saubere Energie speichern und das Stromnetz während der Verbrauchsspitzen versorgen. 

Möchtest du mehr über Festkörperbatterien erfahren? Schau in unserem Blog vorbei: Wie funktionieren Elektrofahrzeuge? 

Die Wiederverwendung von EV-Batterien ist zwar ein großer Vorteil in Bezug auf die Nachhaltigkeit, aber nicht alle Batterien eignen sich dafür. Was ist die Alternative? Sie wandert in die Recyclinganlage, wo die Metalle und Mineralien für neue Batterien entnommen werden. 

In der Theorie klingt Recycling ideal – weniger Abhängigkeit von der Gewinnung neuer Rohstoffe, weniger Abfall usw. Es ist aber nicht so einfach, wie es klingt. 

Da Batteriesätze in der Regel verschweißt sind, muss das Stahlgehäuse erst sicher aufgebrochen werden, um an die Zellen zu kommen. Sobald der Satz sicher zerlegt ist, werden die Rohstoffe aus den Zellen extrahiert. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten: Zerkleinern und Einschmelzen oder Auflösen in Säure. 

Die erste Option ist am weitesten verbreitet, da sie relativ billig ist. Leider geht dabei ein Großteil der Rohstoffe verloren und es werden fossile Brennstoffe eingesetzt. Die zweite Option ist teurer und bewahrt einen höheren Rohstoffanteil, verbraucht aber viel Energie und erzeugt giftige Gase und Abwässer.

Es stimmt: Batterierecycling hat noch einen langen Weg vor sich. Doch glücklicherweise gibt es bereits positive Entwicklungen in diesem Bereich. Im Januar 2022 kündigte das französische Unternehmen für Ressourcenmanagement, Veolia, seine erste Recyclinganlage für EV-Batterien im Vereinigten Königreich an, in der bis 2024 20 % der dortigen Altbatterien durch „Urban Mining“ recycelt werden können. Dieses chemische Extraktionsverfahren schützt die Rohstoffe und reduziert den Wasserverbrauch und die Emissionen um bis zu 50 %. 

Neben dem „Urban Mining“ wurde 2021 eine weitere Entwicklung von der Faraday Institution angekündigt. Das Forschungsteam hat entdeckt, dass die Rohstoffe durch den Einsatz von Ultraschallwellen 100-mal schneller extrahiert werden als bei herkömmlichen Verfahren. Dadurch erhalten die zurückgewonnenen Rohstoffe einen höheren Reinheitsgrad. Aufgrund dieser Entdeckung arbeitet das Forschungsteam nun mit Batterieherstellern und Recyclingunternehmen zusammen, die ihre Technologie lizenzieren und das Recycling per Ultraschall auf den Markt bringen wollen. 

Diese Errungenschaften sind das Ergebnis der Faraday Institution Battery Challenge – einer Initiative, die darauf abzielt, die Forschung zur Entwicklung erstklassiger, effizienter und sicherer Batteriesysteme bis 2035 zu unterstützen. Das Ziel: die Entwicklung eines Elektrofahrzeugs, das zu mindestens 95 % recycelbar ist.  

Es bleibt spannend …

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