Zukunft der Batterie

Guten Tag FKTV-Community!

Ich äußere mich in diesem Forum, mit der Hoffung auf ein paar Fachleute in diesem Gebiet zu treffen, aber vorallem eure Meinung zum Thema „Zukunft der Batterie“ einzuholen.

Kurz zum Hintergrund: Nächsten Donnerstag darf ich vor meinen Schulkollegen eine Präsentation zu diesem Thema vortragen :wink:

Im Großen und Ganzen geht es vorallem um die Batterien die zukünftig im KFZ zum Einsatz kommen (Akkumulatoren) und die damit verbundenen Kosten.
Zahlt es sich wirtschaftlich überhaupt aus (Produktionskosten, laufende Kosten)?
Ist es wirklich umweltfreundlicher (Stichwort Atomstrom)?

Bisher bin ich bei meinen Nachforschungen darauf gestoßen, dass solange die Batterie auf elektro-chemischen Prozessen basiert eine gewisse Maximalleistung nicht überschritten werden kann, insofern ist fraglich ob nicht irgendwann eine Grenze erreicht ist, bei dem ständig wachsenden Anforderungen an den Stromhaushalt in unseren Autos.
Des weiteren denke ich nicht, dass ich lieber mit „Atom- bzw. Umweltschädlichen Strom“ fahre, als ein auf Erdöl angewiesenes Fahrzeug. Aber die CO² Diskussion möchte ich hier nicht starten.

Wie sieht eure Meinung dazu aus?
Kennt ihr euch eventuell mit diesem Thema aus und möchtet mir ein bisschen mehr Einblick geben?
Vielleicht kennt ihr ein Forum in dem ich besser aufgehoben wäre, oder könnt mir eine wissenschaftliche Adresse empfehlen.

Danke schon im Vorhinein, ich hoffe auf Antworten :wink:
Einen schönen Freitag!

Steigen denn wirklich die Anforderungen dauerhaft? Natürlich gibt es mehr und mehr elektrische Geräte, dafür arbeiten ältere aber wiederum viel energiesparender.

Die Frage ist auch nicht, ob es Grenzen für elektrisch-chemische Batterien gibt, sondern wo die liegen. Die Akkus der Laptops haben zumindest weiterhin eine ansteigende Kapazität.

Interessant wäre meiner Meinung nach auch die Frage, wie lange wir noch auf Elektroautos verzichten können. Erdöl ist eine sehr knappe Ressource und der Verbrauch in privaten Verbrennungsmotoren ist nicht gerade der Effizienteste. Daran ist auch die wirtschaftliche Frage gekoppelt. Wenn der Preis pro Liter bei 10 Euro irgendwann liegt, dann wäre ein Elektroauto wohl günstiger, eventuell sogar, wenn der Strom im Kraftwerk durch Öl produziert wird, da dort die Effizienz höher sein dürfte.

Soviel die Meinung eines Physiklaiens.

JA ist ein älteres Thema, aber juckt mich gerade nicht :smt019

Was die Akkutechnik angeht ist noch einiges an Luft nach oben, und da sich damit auch viel Reibach machen lässt wird auch machtig daran geforscht.

Was ich hingegen immer lustig finde ist die Denkweise vieler Menschen beim Thema Elektroautos, konkret:

Es gibt Menschen die sich aus Ökogedanken heraus gerne ein Elektrauto als Zweitwagen kaufen würden, die aber meist noch auf fallende Preise hoffen. Wo ist der Denkfehler?

Nun selbst Kleinwagen werden nicht mit und aus Luft gebaut. Der Fahrzeugbau ist enorm energieentensiv, und zwar sosehr das viele Mittelklassewagen bereits mehr Energie bei ihrer Herstellung verbrauchen, als am Ende während ihrer gesammten Nutzung vertankt wird.

Würde man nun diese Energie aus ökologisch unbedenklichen Quellen beziehen wären Auto wesentlich teurer als sie es mit subventionierter Industrieenergie (Öl, Strom, Gas, etc) heutzutage sind.

Ist es wirklich umweltfreundlicher (Stichwort Atomstrom)?
Alleine die Akkus und Batterien bestehen zum Teil aus ziemlich giftigen und unfreundlichen Bestandteilen. Falls auf E-Auto umgestellt wird, braucht man flächendeckendere Stromversorgung. Dafür braucht man große Stromtrassen die den Strom, der jetzt dezentraler hergestellt wird (da große Atom/Kohlekraftwerke total böse sind und ganz viele Bürgerinitiativen sowas verhindern wollen), quer durch Deutschland schippern. Dieselben Bürgerinitiativen, die gegen böse Atom/Kohlekraftwerke sind, verhindern nun die Stromtrassen, weil die ja auch nicht unbedingt hübsch sind und für die Umwelt auch eher minus sind. Klassisches Dilemma.
Ansonsten: Akkus braucht man zum Großteil ja nur bei mobilen Geräten. Handyakkus sind schon relativ leistungsfähig (solange man nicht den halben Tag damit Spiele spielt) (sowie auch die Akkus für andere mobile Geräte wie Gameboy oder Laptop) und das Aufladekabel ist von der Größe her auch meist ein Witz, sodass man es einfach mitnehmen kann falls man vorher weiß dass der Akku an seine Grenzen stoßen könnte. Steckdosen gibt es ja sogut wie überall.

Dann sollte man sich auch mal die Details gönnen.

Gegen viele Stromtrassen gibt es Bürgerinitiativen, weil die Alternative von unterirdischen Kabeln von vorneherin ausgeschlossen wurde.

Alleine die Akkus und Batterien bestehen zum Teil aus ziemlich giftigen und unfreundlichen Bestandteilen.

Nicht umsonst müssen diese besonders entsorgt werden, im Fall der Batterien (also die die im Haushalt so alltäglich sind) gibt es ja in allen Läden die Batterien verkaufen diese grünen Boxen.

Im Fall der Akkus wird es ähnlich sein, nur weiß ich jetzt grad nicht ob man die auch in so eine grüne Box tun dürfte.

Ist ja auch verständlich, weil die meisten Leute nicht bereit sind, die Mehrkosten durch die unterirdische Verlegung mit höheren Strompreisen zu bezahlen.
Ich meine gelesen zu haben, dass unterirdische Verlegung in der Regel dreimal so teuer ist [Nachtrag]Beitrag], weil man erstens ja auf der kompletten Strecke einen Graben mit ausreichender Tiefe* ausheben muss und zweitens häufig noch Umwege gegenüber der oberirdischen Luftlinie in Kauf nehmen muss. Mal ganz abgesehen davon, dass die Kabel erheblich besser abgeschirmt und isoliert sein müssen.

*Zum Einen, damit es bei “normalen” Aushebe-Arbeiten nicht erreicht wird, zum Anderen, damit auch in extrem langen und kalten Wintern der Boden um das Kabel nicht gefriert.

Akkus darf man auch in die Batterie-Sammelboxen geben. Hier gilt nur, dass bei Lithium-Akkus die Kontakte abgeklebt werden sollen. Und ansonsten gibt es immer noch die Bringhöfe und Schadstoffmobile der Städte.

Hm, ich dachte man ist inzwischen so weit, dass man von den giftigen Batterien/Akkus weggekommen ist. Hab mal einem Vortrag beigewohnt, da hat ein Entwickler vom Metallhydrid-Akku geschwärmt. Umweltfreundlich, haltbar und kein Memoryeffekt, was ja gegenüber Cadmium und Bleiakkus das größte plus wäre. Aber anscheinend sind die Dinger von der Entwicklung einfach abartig teuer. Aber gut, man hat früher ja auch behauptet die Alkaline-Batterien würden sich nicht durchsetzen, da zu teuer und mittlerweile gibts die bei Aldi an der Kasse. Warten wirs also ab.

Wie ist eingentlich das Thema auf Stromtrassen gekommen? Und wer hatte die fixe Idee die Dinger unterirdisch zu verlegen. Also im europäischen weiß ich von zwei “unterirdischen” Leitungen. Einmal nach Zypern und einmal nach Malta. Vllt. gibt’s noch mehr. Beides Gleichstromleitungen, was bei den Entfernungen auch Sinn macht. Aber für 100 km trasse irgendwo in D gleich untertage? Ob ich jetzt den Boden mit elektromagnetischer Strahlung beschieß oder die heimische Vogelpopulation dezimiere, die folgen für die Umwelt dürften gleich schlecht sein.

Es geht im speziellen nur um Teilstücke z.B. durch Waadstücke und dergleichen.

Ob das Sinn macht sei mal dahingestellt, die Menschen empöhrt dabei nur das die Möglichkeit der unterirdischen Verlegung da ist, aber bewusst ignoriert wird, nur um dann zu behaupten sie wären generell gegen neue Stromtrassen.

Interresant ist auch die sehr wohl machbare Idee schmale Induktionsleitungen in unsere Strassen zu integrieren um damit PKW Miniakkus wärend der Fahrt aufzuladen.

Letzteres ist leicht umsetzbar, und günstig, funktioniert aber nur wenn flächendeckend umgesetzt, oder z.B. für Buslinien etc.

Es geht im speziellen nur um Teilstücke z.B. durch Waadstücke und dergleichen.

Ob das Sinn macht sei mal dahingestellt, die Menschen empöhrt dabei nur das die Möglichkeit der unterirdischen Verlegung da ist, aber bewusst ignoriert wird, nur um dann zu behaupten sie wären generell gegen neue Stromtrassen.

Also bitte, was soll denn das für eine Logik sein? Unterirdische Leitungen haben genüber oberirdischen zwar sowohl Vorteile aber auch Nachteile. Der wichtigste Punkt sind wohl die Kosten. Hier muss man sich erstmal klar machen, welche Art von Storm man durchjagen möchte. Bei Gleichspannung genügt ein Kabel, bei Wechselstrom braucht man zwei parallel zu einander, was nochmal mit Mehrkosten verbunden wäre. Und wenns mal einen Störfall gibt, muss man gleich den Boden aufreißen, was die Wartungskosten in die Höhe schießen lässt. Man hat dadurch nichts gewonnen, außer das man etwas teurer gemacht hat, als es hätte sein müssen. Warum sollte man also diese Option nicht von Anfang an verwerfen?

Interresant ist auch die sehr wohl machbare Idee schmale Induktionsleitungen in unsere Strassen zu integrieren um damit PKW Miniakkus wärend der Fahrt aufzuladen.

Letzteres ist leicht umsetzbar, und günstig, funktioniert aber nur wenn flächendeckend umgesetzt, oder z.B. für Buslinien etc.

Hm, ich weiß nicht. Da Busse nur auf festengesetzten Strecken unterwegs sind, macht es mehr Sinn, ein Leitungsystem wie bei den Trambahnen einzusetzen. Das ganze für alle Autos flächendeckend? Puh, ich weiß nicht. Wenn irgendwo einen Leitungsschaden oder dergleichen ist, muss man auch wieder ganze Streckenabschnitte lahmlegen um den Schaden zu beheben. Und davor müsste man erstmal jede Straße in D aufreißen um die Leitungen zu verbauen. Tausende von Autobahnkilometer für Jahre erstmal stillgelegt? Das würde deutschland wahrscheinlich nicht überleben. Da ist es ökonomisch wohl sinnvoller ein Netz von Tankstellen aufzubauen, bei denen man nicht Strom tankt, sondern Akkus austauscht:
Es gibt eine enheitliche Baureihe von Akkus, die für alle Fahrzeugmarken und Typen gleich ist. Man kauft nicht den Akku an sich, sondern nur die Nutzungsrechte an EINEM Akku. An der Tankstelle wird dann lediglich der leere Akku A durch den vollen Akku B ausgetauscht.

Ach ja die Batterie (ich mag Akkus lieber) und die Energie-Debatte.
Hier ein sehr interessante Artikel zu diesem Thema mit starken Bezug an der Logik. Leider in englisch, einen kurzen Abschnitt habe ich einfach mal versucht zu übersetzen

Nützliche Energie Vergleiche

Galactic-Scale Energy

Warum nur an der Solarenergie schrauben?
Einige Leser werden sich von dem vorstehenden Fokus auf Solare-, Stellareenergie belästigt fühlen. Wenn wir groß träumen, vergessen wir die kleinen Solarenergiezwängen und ran an die Fusion. Die Häufigkeit von Deuterium in gewöhnlichem Wasser würde uns erlauben, eine scheinbar unerschöpfliche Energiequelle direkt hier auf der Erde anzunehmen. Wir werden diesen Weg nicht in einer detaillierte Analyse gehen, weil wir dies nicht tun müssen. Der oben dargestellt gnadenlose(merciless) Wachstumsweg bedeutet, dass in 1400 Jahren, jede Quelle der Energie, die wir nutzen(harness), die Sonne überstrahlen müsste.

Daher sollten Autos umgebaut werden.
can-economic-growth-last

The efficiency of gasoline-powered cars can not easily improve by any large factor (see heat engines, above), but the effective efficiency can be improved significantly by transitioning to electric drive trains. While a car getting 40 m.p.g. may have a 20% efficient gasoline engine, a battery-powered drive train might achieve something like 70% efficiency (85% efficiency in charging batteries, 85% in driving the electric motor). The factor of 3.5 improvement in efficiency suggests effective mileage performance of 140 m.p.g. One caution, however: if the input electricity comes from a fossil-fuel power plant operating at 40% efficiency and 90% transmission efficiency, the effective fossil-to-locomotion efficiency is reduced to 25%, and is not such a significant step.

Bei der Induktionsvariante werden schlicht zwei schmale Schneisen in den Asphalt gefrässt und Leitungen reingepackt, das geht ruckzuck. Selbst wenn nicht jede Strasse darüber verfügt dient es ja nicht wie bei der Bahn 1:1 als Stromlieferant, sondern nur dazu um den PKW-internen Akku während der Fahrt aufzuladen.

Genaugenommen dauert es vermutlich länger bei einer Autobahn den Mittelstreifen überzustreichen :ugly

Der Große Vorteil läge darin das man keine Riesenakkus verbauen müsste (deren Herstellung irre Mengen begehrter Rohstoffe erfordert), was Platz und vorallem Kosten spart.

Die Idee ist gut und im kleinen Maßstab erprobt, da sie aber von einer Privatperson, und nicht von einem Konzern stammt noch eher unbekannt.

Ich sehe dabei aber zwei große Probleme:

  1. Schlaglöcher: Die Straßen müssen nach jedem Winter kontrolliert und hochwertig repariert werden, da ein Asphaltbrüche durch eingedrungenes und gefrorenes Wasser und durch die reguläre Belastung entstandene Risse sonst zu Schlaglöchern führen, die die Induktionsbahnen beschädigen.
  2. Der Abstand: Je höher der Abstand zwischen zwei Induktionsschleifen (“Sender” und “Empfänger”), desto höher muss die Leistung der Sende-Schleife sein. Da du bei Autos aber eine gewisse Bodenfreiheit brauchst, damit du dir nicht bei jeder Bodenwelle die Spule wegreißt (von Einfahrten mit hohen Bordsteinkanten u.ä. ganz zu schweigen), dürfte die benötigte Leistung der Spulen in der Straße so hoch sein, dass sich das ganze nicht mehr lohnt.

Mal ganz davon abgesehen, dass es eben nicht reicht, einfach zwei Drähte in die Straße zu legen, sondern du musst richtige gewickelte Spulen versenken. Und dafür musst du die Straße auf ganzer Breite abfräsen, die flachen Spulen hinlegen und wieder überteeren. Deine zwei Kabel wären lediglich die Versorgungsleitungen für die Spulen.

Sinnvoller finde ich da wirklich @Mehrwegflasches Vorschlag mit dem Wechselakku. Selbst wenn man mit einem Typ Akku für alle Autos nicht auskommt, dürfte die Zahl der verschiedenen Typen (Ich denke da gerade an 3-4, jeweils für eine Fachzeuggröße, ähnlich den derzeitigen Tankvolumen) so gering sein, dass man immer eine Wechselstation findet. Und zur Not lädt man ihn zuhause über das Hausnetz.

Der Vorschlag ist ebenfalls gut, und hat nicht umsonst finanzstarke Unternehmen hinter sich.

Der Hacken dabei ist lediglich das solange es keine wesentlich moderneren Akkus gibt die Masse an nötigen Akkus enorme Mengen Rohstoffe benötigt, deren Preis ruckzuck drastisch steigen kann.

Gibt es hingegen deutlich moderne Akkus sinkt auch wieder der Nutzen von Leihakkus.

Ich bin ehrlich gespannt welches System (und da gibt es noch andere) sich durchsetzen wird.