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Wie die Batterien von Elektroautos hergestellt werden

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Wie die Batterien von Elektroautos hergestellt werden

Mit dem Aufschwung der Elektrofahrzeuge wurde die Existenz von «Seltenen Erden» ans Licht gebracht. Lange Zeit verwendete man sie unter anderem für die Herstellung von Batterien. Worum handelt es sich dabei? Wo befinden sie sich? Kann man auf sie verzichten? Welche ökologischen Auswirkungen haben sie? Einige Antworten finden Sie hier.
13.12.2022, 08:50
Jerome Marchon
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Fast alle heutigen batteriebetriebenen Haushaltsgeräte verwenden Lithium-Ionen-Batterien. Ihre Verwendung ist sehr vielseitig: in Telefonen, Rasierern, Epilierern, Computern, Uhren, Kopfhörern, Kameras, batteriebetriebenen Photovoltaikanlagen, und sogar in Elektroautos. Es ist zwar etwas übertrieben vereinfacht beschrieben, aber schematisch gesehen, ist die Batterie eines Elektroautos nichts anderes als eine Aneinanderreihung von Hunderten von Handybatterien.

Die verschiedenen aneinandergereihten Module einer Lithium-Ionen-Batterie für ein Elektrofahrzeug.
Die verschiedenen aneinandergereihten Module einer Lithium-Ionen-Batterie für ein Elektrofahrzeug.image: Shutterstock

Der Ursprung reicht bis in die 70er Jahre zurück

Die Lithium-Ionen-Technologie geht auf die ersten Forschungsarbeiten des Engländers Stanley Whittingham in den 1970er Jahren zurück. Der wegen der Ölkrise besorgte Ölkonzern Exxon hatte sie in Auftrag gegeben.

Nacheinander setzten der Amerikaner John B. Goodenough und der Japaner Akira Yoshino die Arbeit daran fort, wobei sie die Funktionsweise perfektionierten. Sony und Toshiba brachten im Jahr 1991 als Erste die Lithium-Ionen-Batterien auf den Markt.

Stanley Whittingham
Stanley Whittingham, einer der drei Erfinder der Lithium-Ionen-Batterie.image: ExxonMobil

Die Hauptvorteile sind eine hohe Volumendichte (hohe Kapazität, geringer Platzbedarf), kein Memory-Effekt bei Lade-/Entladezyklen und eine geringe Selbstentladung im Vergleich zur Nickel-Metallhydrid-Technologie (NiMH), die früher häufig verwendet wurde.

Weniger bekannt ist, wie Lithium-Ionen-Batterien und die heutige Elektromobilität weitgehend ohne die Verwendung der sogenannten «Seltenen Erden» auskommen. Warum wird so viel darüber gesprochen? Decken wir den Mythos auf.

Was sind «Seltene Erden»?

Bevor wir mit dem Physikunterricht beginnen, lassen Sie uns mit einer Physikstunde beginnen. Was fälschlicherweise als «Seltene Erden» bezeichnet wird, sind in Wirklichkeit 17 Metalle, die alle ähnliche Eigenschaften besitzen. In Mendelejews berühmtem Periodensystem der Elemente sind die «Seltenen Erden» die «Lanthanoide» (Nummern 57 bis 71), zu denen auch Scandium (21) und Yttrium (39) gehören.

Bottles of Rare Earths on Mirror Black Background
Die «Seltenen Erden» sind in Wirklichkeit Metalle.image: Shutterstock

Die Verwendungsmöglichkeiten dieser «Metalle seltener Erden» sind sehr vielfältig und gehen weit über den Bereich der Elektromobilität hinaus: militärische Leichtmetalllegierungen, Plotter, Laser, industrielle Farbstoffe, Katalysatoren, Magnete, Auskleidungen für Öfen, Röntgengeräte, Strahlentherapie, Festplatten und vieles mehr.

Sind diese Ressourcen begrenzt?

Dies ist häufig das Argument von Kritikern der Elektromobilität. Ihrer Meinung nach bedeutet die – vermeintliche – Seltenheit, dass ihre Ressourcen nicht unendlich sind. In der Praxis sind «Seltene Erden» nicht selten. Ihr Vorkommen in der Erdkruste ist weitaus grösser als das vieler anderer Gebrauchsmetalle und die abbaubaren Reserven an «Seltenen Erden» sind weitaus weniger kritisch als die vieler anderer so genannter strategischer Metalle. Ihre «Knappheit» rührt von der Schwierigkeit ihrer Gewinnung her: Diese Metalle müssen meist vom Erz, in dem sie vorkommen, getrennt und raffiniert werden. Dies ist mit erheblichen ökologischen und sozialen Auswirkungen verbunden, welche ebenfalls zu berücksichtigen sind.

Wie können sie in der Elektromobilität genutzt werden?

Wie bereits erwähnt, werden «Seltene Erden» heutzutage nicht mehr für die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien verwendet. Es stimmt jedoch, dass die NiMH-Technologie in den Anfängen der Elektromobilität eine grosse Menge Lanthan erforderte.

Twin-drive e-tron S: X-ray view of the two electric motors each with one power electronics module (at rear in illustration) and one reduction gearbox (at side)
Die «Seltene Erde» Neodym ist ein Bestandteil der Magnete im Elektromotor.image: AUDI AG

Neodym ist auch in den Magneten von Elektromotoren, ebenso wie in den Motoren unserer Waschmaschinen, Staubsauger oder Ventilatoren, in unseren Smartphones, Lautsprechern oder Kühlschränken usw. zu finden.

Ist das umweltschädlich?

Fast 80 % des Neodyms der weltweiten Industrie stammt aus China. Während in den westlichen Ländern strenge Vorschriften für die Gewinnung, den Abbau und die Raffination von «Seltenen Erden» gelten, kümmert sich China nicht darum und festigt seine Führungsposition auf Kosten seiner Umwelt und seiner Bevölkerung. Diese Problematik scheint niemanden zu beunruhigen, wenn es um den Kauf des neuesten Smartphones geht. Jedoch kommt sie als Debatte bei der Elektromobilität auf den Tisch.

China, der weltweit grösste Lieferant von «Seltenen Erden».
China, der weltweit grösste Lieferant von «Seltenen Erden».image: Shutterstock

Ähnlich wie bei Lithium und Kobalt bauen die Autohersteller möglichst umwelt- und sozialverträgliche Lieferketten auf. Parallel dazu werden grosse Investitionen in Forschung und Entwicklung sowie in die Einrichtung von Recyclingwegen getätigt. In der nächsten Generation von Elektromotoren sollte recyceltes Neodym verwendet oder möglicherweise sogar ganz darauf verzichtet werden.

Die Problematik der «Seltenen Erden» wird also fast der Vergangenheit angehören, wenn es um die elektrische Traktion geht. Im Hinblick auf unseren Verbrauch in elektronischen Gütern bleibt es jedoch weiterhin ein zentrales Anliegen.

Über den Autor:

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Jérôme Marchon ist ...
... seit seiner frühesten Kindheit ein leidenschaftlicher Auto-Fan. Seine berufliche Karriere begann er in der Finanzbranche, trug aber schon früh zum Aufbau eines Auto-Blogs bei – bis er schliesslich seinen eigenen Blog gründete. Sein weiterer Weg führte ihn in die Chefredaktion der «Revue Automobile». Seit 2018 ist er freiberuflich tätig und schreibt für verschiedene Auto- und allgemeine Print- und Digital-Medien in der Schweiz und im Ausland. Jérôme Marchon arbeitet auch als Übersetzer und Berater für redaktionelle Inhalte für Automobilveranstaltungen und Autohersteller.
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