Elektroautos: Stanford-Studie sagt 40% längere Batterie-Lebensdauer voraus

Zu dem Thema haben die Wissenschaftlern des SLAC-Stanford Battery Center eine Studie in der Fachzeitschrift „Nature Energy“ veröffentlicht. Das in den USA gelegene Zentrum setzt sich aus dem Precourt Institute for Energy der Stanford University und dem SLAC National Accelerator Laboratory zusammen. Ihre nun untermauerte These lautet: Der reale Stop-and-Go-Betrieb von Elektrofahrzeugen durch die Autofahrer bekommt den Batterien besser als die gleichmäßige Abnutzung, die in fast allen Labortests simuliert wird.

Mit „realem Stop-and-Go-Betrieb“ meinen die Forscher u.a. starken Verkehr, ein Mix aus langen und kurzen Fahrten und überwiegendes Parken. Derart eingesetzt könnten Batterien bis zu 40 Prozent länger halten als bisher angenommen, so die Studienmacher. Sie argumentieren, dass die bisher häufig genutzten Labortests zur Lebensdauer nicht adäquat seien, um die Lebenserwartung von Elektroautobatterien vorherzusagen. Simona Onori, Hauptautorin und außerordentliche Professorin für Energiewissenschaft und -technik an der Stanford Doerr School of Sustainability, kommentiert: „Zu unserer Überraschung halten die Batterien im realen Fahrbetrieb mit häufigem Beschleunigen, Bremsen, Anhalten und stundenlangem Ausruhen länger, als wir auf der Grundlage von Standard-Labortests angenommen hatten.“

Ihren eigenen Versuchsaufbau skizzieren die Forscher wie folgt: Sie entwarfen zunächst vier Arten von Entladeprofilen für Elektrofahrzeuge, von der laborähnlichen konstanten Entladung bis zur dynamischen Entladung auf der Grundlage realer Fahrdaten. Dann testete das Team 92 handelsübliche Lithium-Ionen-Batterien mehr als zwei Jahre lang mit den verschiedenen Entladeprofilen. „Je realistischer die Profile das tatsächliche Fahrverhalten widerspiegelten, desto höher kletterte die Lebenserwartung der Batterien“, so das Resultat.

Das Forschungsteam untersuchte auch die Unterschiede zwischen der Batteriealterung, die sich durch hohe Nutzung und entsprechend viele Lade- und Entladezyklen ergibt, und der rein zeitlichen Batteriealterung ohne Nutzung. „Wir Batterieingenieure sind davon ausgegangen, dass die Zyklusalterung viel wichtiger ist als die zeitbedingte Alterung“, so Alexis Geslin, einer der drei Hauptautoren der Studie und Doktorand in Materialwissenschaft und Technik sowie in Informatik an der Stanford School of Engineering. „Für Verbraucher, die ihre privaten E-Fahrzeuge nutzen, um zur Arbeit zu fahren, ihre Kinder abzuholen oder zum Supermarkt zu gehen, die sie aber meistens parken oder sogar aufladen, ist aber die Zeit die Hauptursache für die Alterung.“

Die Ergebnisse sind aus Sicht der Forscher vor allem für Autohersteller relevant, die auf den neuen Erkenntnissen ihre Batteriemanagement-Software aktualisieren könnten, um die Lebensdauer der Batterie unter realen Bedingungen zu maximieren. „In Zukunft wird es sehr wichtig sein, neue Batteriechemien und -designs mit realistischen Bedarfsprofilen zu evaluieren“, so das Credo. Die Forscher selbst streben im nächsten Schritt an, die vermuteten Alterungsmechanismen auf der Ebene der Chemie, der Materialien und der Zellen zu überprüfen, um ihr Verständnis zu vertiefen. Dies soll die Entwicklung fortschrittlicher Kontrollalgorithmen erleichtern, die die Nutzung bestehender kommerzieller Batteriearchitekturen optimieren.

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