Batterien und Akkus gibt es ganz viele verschiedene und alle sind sie dafür da, Geräte mit elektrischem Strom zu versorgen und funktionsfähig zu machen. Doch was ist eigentlich der Unterschied zwischen Batterien und Akkus? Ganz einfach: Die Batterie ist im Gegensatz zum Akku nicht aufladbar. Das kennst du zum Beispiel von deinem Wecker oder deinem Taschenrechner. Wenn die Batterie einmal leer ist, musst du sie entsorgen. Einen Handyakku oder den Akku einer Digitalkamera kann man dagegen immer wieder aufladen. Er ist praktisch eine wiederaufladbare Batterie. Doch auch die hält nicht ewig: Mit der Zeit muss man sie immer öfter aufladen, bis sie schließlich zu schwach für das Gerät wird. Auch der Akku muss dann entsorgt werden – oder?

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Ein Akku ist eine wiederaufladbare Batterie.

Umweltfreundlich

Eines steht auf jeden Fall fest: Da du Akkus nicht sofort entsorgen musst, sondern immer wieder aufladen kannst, sind sie ein wenig umweltfreundlicher als Batterien. Sie produzieren schlichtweg nicht so viel Müll. Doch auch bei Akkus gibt es Vor- und Nachteile. Um diese zu erklären, machen wir einen kleinen Ausflug in die Chemie.

Es gibt Nickel-Kadmium-Akkus, Nickel-Metallhydrid-Akkus, Lithium-Ionen-Akkus und Lithium-Ion-Polymer-Akkus. Das hört sich sehr kompliziert an, diese Typen lassen sich aber schnell in zwei verschiedene Gruppen einteilen. Die beiden Akku-Varianten mit Nickel entladen sich sehr schnell selbst. Das bedeutet, wenn du sie auflädst und einfach unbenutzt liegen lässt, ist beim nächsten Benutzen der Akku bereits zu einem Teil leer. Auch die Lithium-Ionen-Akkus entladen sich selbst, allerdings nicht so schnell. Ein Vorteil ist hier auch, dass die Akkus genauso groß sind wie die Nickel-Akkus und trotzdem mehr Energie speichern können. Außerdem haben sie eine längere Lebenszeit. Das sind ein paar der Gründe, warum Lithium-Ionen-Akkus häufig zum Einsatz kommen. Du findest solche Akkus zum Beispiel in Handys und Laptops, aber auch die Batterie in einem Elektrofahrzeug funktioniert wie ein Lithium-Ionen-Akku.

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Vor allem in tragbaren Geräten und Elektroautos findest du Lithium-Ionen-Akkus. — Bild: Daimler AG

Alterung durch Oxidation

Ein Lithium-Ionen-Akku besteht aus vielen Zellen, die wiederum jeweils aus einer positiven und einer negativen Elektrode bestehen. Bei der Aufladung wandern die Ionen von der positiven zur negativen Elektrode und lagern sich dort ein. Bei der Entladung ist es andersherum. Mit der Zeit allerdings oxidieren die beiden Elektroden in einer Zelle. Das bedeutet, sie geben Elektronen ab. Die Folge davon ist, dass sie keine Lithium-Ionen mehr speichern können. Das Auf- und Entladen des Akkus funktioniert immer weniger.

Du fragst dich nun sicher: Warum oxidieren die Elektroden in den Zellen überhaupt? Das hängt vor allem von Temperatur und Ladezustand des Akkus ab. Wenn der Akku zum Beispiel in einer sehr warmen Umgebung aufbewahrt wird und zudem noch vollgeladen ist, altert er sehr schnell.

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Ein Stromspeicher aus alten Batterien von Elektroautos — Bild: Daimler AG

Das zweite Leben der Elektroauto-Batterie

Die Lithium-Ionen-Akkus in den Elektroautos der Daimler AG haben eine Lebensdauer von circa zehn Jahren. Dann muss man sie auswechseln, weil die Reichweite der Autos nicht mehr ausreicht. Sind Elektroautos also wirklich so umweltfreundlich, wenn ihre Akkus alle zehn Jahre entsorgt werden müssen?

Die Daimler AG möchte, dass der Lebenszyklus einer solchen Batterie dann noch nicht endet. Deshalb hat der Autobauer die Batterien von 1000 smart-Elektrofahrzeugen zu einem großen Stromspeicher zusammengeschlossen. Wie ein stationärer Energiespeicher soll er zum Beispiel Sonnen- oder Windenergie speichern und dann verfügbar machen, wenn man diese Energie braucht.

Die Akkus der Elektroautos werden damit nicht nur weitere zehn Jahre verwendet, die Energieanbieter könnten so auch ein weiteres großes Problem lösen. Momentan kommt unser Strom noch aus umweltschädlichen Kraftwerken. Deshalb ist das Ziel, langfristig auf erneuerbare Energien, also Energie aus Windrädern oder Energie durch Solarzellen, umzustellen. Auf diese Energie kann man sich aber nicht verlassen, denn die Sonne scheint nicht immer dort, wo Menschen Strom brauchen, und auch der Wind weht dort nicht immer. Es muss deshalb sogenannte Primärreserven geben. Das sind Energiespeicher, auf die sofort zurückgegriffen werden kann, wenn der Strom mal fehlt. Ein Stromspeicher aus ganz vielen alten Elektro-Akkus kann überschüssige Energie aus Sonne und Wind speichern und in solchen Fällen zum Einsatz kommen.

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So stellt sich die Daimler AG den Lebenszyklus der Batterien aus Elektroautos vor. — Bild: Daimler AG

Der Stromspeicher der Daimler AG soll noch dieses Jahr bei den deutschen Energieanbietern in Betrieb gehen und vollautomatisch funktionieren. Nach zehn Jahren eignen sich die Batterien auch dafür nicht mehr. Dann sollen sie recycelt und für den Bau neuer Batterien für Elektroautos verwendet werden.

Was ist Carsharing?

„Share“ ist Englisch und heißt „Teilen“. Beim Carsharing geht es also darum, dass mehrere Menschen Autos gemeinsam nutzen. Meistens sind es große Carsharing-Firmen, die in Großstädten ganze Autoflotten anbieten. Über eine Plattform im Internet oder eine App kann man sich als Nutzer anmelden und ein freies Auto in seiner Umgebung orten. Pro gefahrenem Kilometer bezahlt man dann einen bestimmten Geldbetrag.

Dabei gibt es verschiedene Arten des Carsharings: Beim „stationsbasierten Carsharing“ muss man die Autos an speziellen Stellplätzen abholen und sie nach der Fahrt wieder dorthin zurückbringen, damit andere sie auch nutzen können. Beim „free-floating Carsharing“ stehen die Autos innerhalb eines Gebiets zufällig verteilt und man sucht mit dem Handy nach dem nächstgelegenen freien Fahrzeug.

Carsharing-Dienste werden von vielen verschiedenen Autofirmen angeboten. Car2go von der Daimler AG ist ein Beispiel für ein sehr erfolgreiches free-floating Angebot. Insgesamt hat car2go weltweit mehr als zwei Millionen Nutzer. Durchschnittlich wird alle 1,3 Sekunden eins der insgesamt 14.000 car2go-Fahrzeuge angemietet.

Car2go bietet sogenanntes „free-floating Carsharing“ – das nutzen über zwei Millionen Menschen weltweit

Carsharing ist umweltfreundlich

Besonders bei jungen Menschen ist das Carsharing-Prinzip sehr beliebt. Deshalb gehen die Anbieter davon aus, dass Carsharing in Zukunft noch populärer wird. Bis 2025 rechnen sie weltweit mit mehr als viermal so vielen Kunden. Dass viele Menschen das Angebot nutzen, ist sehr wichtig für die Zukunft. Weniger eigene Autos und mehr Carsharing bedeutet, dass weniger Autos auf der Straße sein werden. Die Leistung jedes Autos wird dafür aber viel mehr ausgenutzt.

Um diese Entwicklung zu unterstützen, hat sich die Daimler AG das Ziel gesetzt, Carsharing mit weiterzuentwickeln. Der Autobauer möchte das Modell mit anderen Ansätzen verbinden, die die künftige Situation auf der Straße auch weiter verbessern.

Durch Elektromotoren kann ein großer Beitrag für die Umwelt geleistet werden. In Stuttgart, Amsterdam und Madrid sind heute schon mehr als 1.000 car2go-Fahrzeuge mit Elektroantrieb unterwegs. Auch das autonome Fahren wirkt sich positiv auf den Straßenverkehr aus: Durch gleichmäßigeres Fahren wird einerseits die Umwelt geschont, andererseits wird autonomes Carsharing für die Menschen deutlich bequemer und sicherer.

Durch die Vernetzung über Apps und digitale Plattformen kann man außerdem schon jetzt abschätzen, wann und wo Carsharing-Autos in Zukunft gebraucht werden. So lässt sich aus jedem einzelnen Auto viel mehr herausholen, da man es zeitlich besser und genauer planen kann. Daimler geht deshalb davon aus, dass in Zukunft nur noch die Hälfte der Carsharing-Autos auf der Straße stehen. Und das, obwohl mehr Menschen das Angebot nutzen.

Seit Dezember 2016 gibt es die App „Croove“ für privates Carsharing

Privates Carsharing

Es gibt außerdem noch eine ganz neue Art des Autoteilens: das private Carsharing. Nach und nach kommt dieses Modell gerade nach Deutschland. Auf einer Online-Plattform oder in einer App können private Autobesitzer ihre Fahrzeuge für eine bestimmte Zeit und eine bestimmte Summe Geld vermieten. Seit Anfang Dezember 2016 bietet auch Daimler eine private Carsharing-App mit dem Namen „Croove“ an. Besitzer aller Fahrzeugmarken können sie nutzen.

Bilder: Daimler AG

Elektro-Lkw sind eigentlich ein alter Schuh

Die Idee von strombetriebenen Lastfahrzeugen ist nicht neu. Bereits vor über 100 Jahren – noch vor dem ersten Weltkrieg – wurden Lastwagen, Busse und Postautos elektronisch betrieben. Ab den sechziger Jahren überholten jedoch die Benzin- und Dieselkraftwagen die Elektro-Fahrzeuge in Leistungsstärke, Geschwindigkeit und Kraftstoffkosten, sodass die elektronisch betriebenen Fahrzeuge „in Vergessenheit“ gerieten. Erst durch die vermehrte Umweltverschmutzung und die Debatte um Ressourcenknappheit, rückten auch Elektro-Lkw wieder vermehrt in den Fokus.

Elektromotor
Schon vor einem Jahrhundert wurden Fahrzeuge mit Elektromotoren angetrieben

Auf leisen Rädern durch die Stadt

Bisher sind Elektro-Lkw noch eher selten auf unseren Straßen anzutreffen – das wird sich aber bald ändern. Viele Hersteller forschen momentan an Lastwagen mit Elektroantrieb, einige davon sind auch schon im Einsatz. Aufgrund ihrer begrenzten Reichweite von 200 bis 300 Kilometern sind sie hauptsächlich im städtischen Lieferverkehr unterwegs – wie bei der Müllabfuhr oder der Post. Hierfür sind die Elektro-Lkw sehr gut geeignet, da durch das viele Bremsen im Stadtverkehr so viel Energie wiedergewonnen werden kann, dass der Stromverbrauch nur sehr gering ist. Nur auf längeren Autobahnstrecken steigt der Stromverbrauch natürlich an. Werden die Akkus der Elektromotoren mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen „betankt“, sind sie zudem absolut umweltschonend und emissionsfrei. Im Vergleich zu einem Lastwagen mit Dieselmotor kann ein 40-Tonner innerhalb eines Jahres fast zwölf Tonnen Kohlenstoffdioxid einsparen.

Aber nicht nur die Umwelt; auch unsere Ohren werden geschont. Elektromotoren sind deutlich leiser als normale Verbrennungsmotoren. Mit nur etwa 45 Dezibel hört man das leise Surren des Motors nicht einmal zwischen den üblichen Fahrgeräuschen heraus.

Elektro Lkw
Elektro-Lkw eignen sich heutzutage eher für kürzere Strecken

Daimler geht in die Serienfertigung

Anfang des kommenden Jahrzehnts will auch Daimler mit leichten Lastwagen mit Elektroantrieb in die Serienfertigung gehen. Geplant sind Lkw mit bis zu 26 Tonnen und 200 Kilometern Reichweite. Diese sollen dann im Stadtverkehr eingesetzt werden. Ob Elektro-Lkw irgendwann auch einmal für lange Strecken eingesetzt werden können, ist noch fraglich. Lastwagen sind sehr schwer und brauchen daher viel Energie für die Beschleunigung. Da Diesel im Vergleich zu Batterien jedoch etwa 50 Mal mehr Energie speichern kann, müsste eine Batterie, die genauso viel Energie aufbringen kann, ungefähr so groß sein, wie der Lastwagen selbst. So erklärt das Dr. Wolfgang Bernhard, Daimler-Vorstand für Lkw und Busse den beiden Genius-Kinderreportern Emma und Nick im Interview. Er hält es aber für möglich, zumindest die zehn Prozent der Lkw, die derzeit für den städtischen Verteilerverkehr fahren, in Zukunft elektrisch anzutreiben.

Wie funktioniert eigentlich ein Elektro-Lkw?

Bei den elektrisch betriebenen Lkw fallen Teile wie die Abgasanlage oder der Tank natürlich weg. Dafür gibt es einen großen Batteriepack, in dem der Strom für den Antrieb des Elektromotors gespeichert wird. Um diesen aufzuladen, benötigt man – je nach Größe der Batterie – etwa sechs Stunden Zeit. In der Vorderachse des Lkw befindet sich der Elektromotor, zudem gibt es die sogenannte Elektronik, die den Strom von der Batterie in den Elektromotor leitet – dieser treibt dann über die Achse die Räder an.

 

Bilder: Daimler AG

Ohne Aufladen geht’s nicht

Vielleicht stellst du dir jetzt ein Auto mit einem Stecker vor, den man in die Steckdose steckt? Und du hast Recht. Ein Elektroauto hat ein Kabel, das man mit einer Steckdose verbindet. Das kann auch eine Steckdose zu Haus sein. Das Aufladen dort dauert aber ziemlich lange. Es gibt auch Ladestationen, ähnlich wie Tankstellen, wo man das Auto hinfahren und über ein Kabel mit Energie aufladen kann. Es gibt sie aber noch nicht so oft wie normale Tankstellen. Manche Leute fürchten sich deshalb davor, weite Strecken mit ihrem Elektroauto zu fahren. Sie haben Angst, dass die Akkus ausgerechnet an einem Ort leer gefahren sind, wo keine Ladestation in der Nähe ist.

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Das Elektroauto wird mit Strom – statt Benzin – aufgeladen

Prima Idee: Strom beim Parken

Zum Glück gibt es eine gute Idee, mit der das Aufladen von Elektroautos einfacher wird: Die Autohersteller haben eine Ladestation für zu Hause entwickelt. Die ist ganz flach wie eine Platte und kann dort liegen, wo das Auto parkt, zum Beispiel in der Garage. Die Platte ist mit einer Steckdose verbunden. Wenn man das Auto über der Platte parkt, wird automatisch der Strom aus der Platte in das Auto übertragen – ganz ohne Kabel. Stattdessen gibt es eine unsichtbare Verbindung. Nein, Zauberei ist das nicht, eher ein guter, technischer Trick.

Ein guter Trick: Auftanken ohne Kabel

In der platten Ladestation auf dem Boden steckt eine Spule. Das ist ein besonderes technisches Teil, in das Strom hineinfließen kann. Eine Spule kann aber noch mehr: Durch die Elektrizität erzeugt eine Spule ein unsichtbares elektromagnetisches Feld. Durch so ein Feld kann über die Luft Strom weitergeleitet werden. Jetzt ahnst Du schon, wie der Trick funktioniert, oder? Damit es klappt, steckt so eine Spule wie in der Ladestation auch im Autoboden. Parkt man das Auto über der Ladestation, entsteht zwischen den beiden Spulen in der Luft ein unsichtbares elektromagnetisches Feld. Über das Feld läuft wie über ein Stromkabel elektrische Energie von der Spule in der Ladeplatte zur Spule im Auto.

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Praktisch: Beim Parken wir das Elektroauto gleich aufgeladen

Das nennt man auch: induktive Energieübertragung. Wenn die Spule im Autoboden die elektrische Energie aufgenommen hat, leitet sie sie weiter in die Auto-Akkus. Sie speichern die Energie für den Elektromotor. Dieses Aufladen geht schneller als beim herkömmlichen Laden über ein Kabel. Außerdem ist es viel bequemer. Man muss das Auto nur parken, aber das macht man ja sowieso.

Strom für unterwegs

Ein bisschen dauert es noch, bis man Elektroautos kaufen kann, die man ohne Kabel, also induktiv auflädt. Wenn es so weit ist, kann man überlegen, wo mobile, flache Ladestationen für Elektroautos noch sinnvoll sind. Parken muss man ja immer irgendwo. Da wäre es doch praktisch, wenn man das Auto gleich auf dem Supermarktparkplatz aufladen könnte. Oder auch direkt beim Fahren, wenn man solche Ladeplatten in die Straße einbauen würde. Du siehst, hier kann man sich noch viele andere Ideen überlegen. Vielleicht fallen dir ja auch noch welche ein?