RENEWBILITY „Stoffstromanalyse nachhaltige Mobilität im Kontext ...

Institut für Verkehrsforschung
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Elektrofahrzeugen vorzugsweise eingesetzt. NiMH-Batterien zeichnen sich durch eine
relativ hohe Leistungsdichte, eine hohe Zyklenfestigkeit und Lebensdauer bei
vernachlässigbaren Sicherheitsrisiken aus. In Japan werden ausgereifte
Hochleistungs-NiMH-Batterien in einer jährlichen Stückzahl von 500.000 bei weiterhin
hohen Kosten produziert. Diese Technologie stellt die Grundlage für marktfähige HEV,
wie den Toyota Prius dar. Mittlere-Leistung/Energie-Batterien auf NiMH-Batterien
würden einen Einsatz bei PHEV mit geringer elektrischer Reichweite erlauben.
Hochenergie-NiMH-Batterien sind weiterhin sehr kostenintensiv und es sind kaum
technologische Fortschritte zu erwarten (CARB 2007).
Angesichts der – in Bezug auf Lithium-Ionen-Batterien – wesentlich geringeren
Energiedichte von NiMH-Batterien und nur geringen technologischen Entwicklungspotenzialen,
wird der Einsatz dieser Technologie für PHEV mit größerer Reichweite
und BEV als unwahrscheinlich bewertet. [Ein Fahrzeug mit einer elektrischen
Reichweite von 100-150 km auf Basis einer NiMH-Batterie mit 30 kWh würde
beispielsweise ein Zusatzgewicht von 540 bis 600 kg haben.] Im Fokus der NiMH-
Entwicklung steht primär die Kostenreduktion der bestehenden Speichertechnologie für
den Einsatz in HEV (CARB 2007).
Lithium-Ionen-Batterien stellen die momentan aussichtsreichste
Energiespeichertechnologie dar. Ausgehend von der Entwicklung entsprechender
Batterien für elektronische Kleingeräte, wird in den letzten Jahren verstärkt an deren
Einsatz im Automobilsektor geforscht. Durch die elektrochemisch bedingte höhere
Spannung von Lithium-Ionen-Zellen im Vergleich zu den bisher diskutierten
Energiespeichern, können Batterien auf Lithium-Ionen-Basis wesentlich höhere
Energiedichten erzielen. Weiter zeichnet sich dieser Batterietyp durch eine relativ hohe
Zyklenfestigkeit und lange Lebensdauer sowie eine geringe Selbstentladungsrate aus.
Zwar ist die Lithium-Ionen-Zelle empfindlich gegenüber Überladung, Sicherheitsrisiken
aufgrund von elektrischen, elektrochemischen, thermischen und mechanischen
Einwirkungen gelten jedoch als beherrschbar. Bei den bisher erfolgten etwa 200
Fahrzeugtests mit Lithium-Ionen-Batterien wurden keine nennenswerten Zwischenfälle
beobachtet (CARB 2007). Die bislang erzielte Energie- und Leistungsdichte von Li-
Ionen-Batterien erfüllt bereits die Minimalanforderungen für kleine und mittlere BEV
sowie für PHEV mit geringer elektrischer Reichweite bei einer nur mäßigen Steigerung
des Fahrzeuggewichts. Der Einsatz modifizierter Materialen (u.a. Elektroden) könnte
perspektivisch eine weitere Steigerung der Energiedichte und Lebensdauer der
Lithium-Ionen-Batterie nach sich ziehen (CARB 2007). Insbesondere die weiterhin
hohen Kosten dieses Batterietyps sowie noch bestehender Forschungsbedarf bei der
Konstruktion von Li-Ionen-Batteriesystemen für den Fahrzeugeinsatz haben den
Markteintritt dieser Technologie verzögert. Die prognostizierte Kostendegression in
Abhängigkeit von der Produktionsmenge variiert beträchtlich.
Langfristig stellt die Lithium-Schwefel-Batterie eine weitere Option mit der höchsten
theoretischen Energiedichte aller Batteriesysteme dar. Angesichts der schwierigen
Handhabbarkeit von metallischem Lithium, der Gefahr einer zellinternen
Endbericht, Teil 1
Dezember 2009