Akkus in Elektroauto: Was es mit dem Vampir-Effekt auf sich hat

Wer sein altes Handy nach einem halben Jahr mal wieder aus der Schublade holt, kennt das Phänomen: Während der Lagerung hat sich der Akku selbstständig komplett entleert, ohne Ladegerät geht erst einmal nix mehr. Das gleiche kann auch beim E-Auto passieren, wenn es lange nicht bewegt wird. Warum das so ist, konnte bislang niemand vollständig erklären. Nun haben Forscher herausgefunden, wie es zu solchen "Vampirverlusten" kommt.

In einschlägigen Internetforen liest man immer wieder von E-Autofahrern mit komplett leer gestandenen Akkus. Oder von Batterien, bei denen sich der Ladezustand wie von Geisterhand in wenigen Wochen von 100 auf 0 Prozent reduziert. Das meisten scheinen Einzelfälle zu sein, einige Kommentare übertreiben wohl auch gnadenlos. Prinzipiell jedoch existiert sie, die Selbstentladung.

Batterieentladung: Redox-Shuttle-Moleküle bilde sich

Selbst wenn die Bordspeicher überhaupt nicht genutzt werden, sind sie irgendwann leer. Experten rechnen für Lithium-Ionen-Akkus mit rund 3 bis 5 Prozent Verlust pro Monat. Kein großes Problem für den individuellen E-Autofahrer. Auf die gesamte Flotte gerechnet aber durchaus eine nennenswerte Verschwendung. Zum echten Problem wird das Phänomen aber bei stationären Energiespeichern, etwa zur Pufferung von Wind- und Sonnenflauten. Und auch die Batteriehersteller spüren den Verlust beim erstmaligen Aufladen ihrer neu produzierten Akkus und der anschließenden Lagerung.

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Wer oder was die Energie aus den Zellen zieht, war für die Forschung lange eine offene Frage - bis deutsche und internationale Wissenschaftler an der kanadischen Dalhousie-Universität in Halifax zunächst den reinen Mechanismus beobachten konnten. Was sie sahen: In der Zelle bildeten sich bei hohen Temperaturen sogenannte Redox-Shuttle-Moleküle, die Elektronen zwischen den Elektroden hin- und hertransportieren. Diese Elektronen sollen eigentlich über den Stromkreis fließen und dort Verbraucher – also vor allem den E-Motor - mit Energie versorgen. Nehmen sie innerhalb der Zelle die Abkürzung durch die Elektrolyt-Flüssigkeit, treiben sie gar nichts an, sondern senken lediglich die Spannung des Akkus. Zunächst konnte sich niemand erklären, wie sich diese Shuttle-Verbindungen im Inneren der Zelle bilden konnten – keine der üblicherweise verwendeten Materialein und Stoffe schien als Quelle in Frage zu kommen.

Die Lösung zeigte sich schließlich, als einer der Forscher auf die Idee kam, eine Batterie aufzuschneiden. So fand sich ein unscheinbares Kunststoff-Klebeband, mit der Elektroden und Separator miteinander verbunden waren. Der Kleber besteht bei einer Vielzahl von Zellen aus dem von Getränkeflaschen bekannten PET. Unter Hitzeeinwirkung lösen sich dabei kleinere Moleküle aus der Kette, die im Elektrolyt dann als Elektronen-Shuttle herumschwimmen und die Batterie langsam immer weiter entladen. Ihre Entdeckung haben die Wissenschaftler nun in der Fachzeitschrift „Journal of The Electrochemical Society“ veröffentlicht. Erste Batteriehersteller haben bereits reagiert und prüfen nun, ob sie die Kunststofffolie irgendwie ersetzen können. Mögliche Alternativen wären etwa das Verschweißen der Komponenten oder die Verwendung höherwertiger Folienmaterialien. Bislang hatte sich niemand groß um die dünne Plastikschicht gekümmert – in der Regel wurde das günstigste und nicht unbedingt das reinste Produkt eingesetzt.

Die selbstgemachte chemische Selbstentladung dürfte bei Lithium-Ionen-Akkus bald der Vergangenheit angehören. Trotzdem werden geparkte E-Autos wohl auch weiterhin Energie verlieren. Vor allem für die Batterieüberwachungs-Systeme: Die schalten sich regelmäßig selbst ein, können aber auch vom Fahrer aktiviert werden, wenn dieser beispielsweise über die Smartphone-App den Batteriezustand checkt.

Batterieentladung:Was es mit Balancing auf sich hat

Und noch ein weiteres Phänomen verbraucht regelmäßig Energie: das sogenannte Balancing. Weil die einzelnen Zellen der Batterie im Fahrbetrieb aufgrund kleinster Materialunterschiede unterschiedlich stark entladen und geladen werden, muss die Steuerungselektronik von Zeit zu Zeit den Ladezustand und die Spannung der einzelnen Zellen einander angleichen. Das geschieht in der Regel dadurch, dass die volleren Zellen so lange entladen werden, bis sie auf dem gleichen Niveau mit den weniger vollen Zellen liegen. Die überschüssige Energie wird dabei einfach „vernichtet“.

Wie lange es dauert, bis einem abgestellten E-Auto der Strom ausgeht, hängt von vielen Faktoren ab. Neben dem Füllstand und der Grundqualität des jeweiligen Akkus sowie der Effizienz der Zellüberwachung hat auch die Außentemperatur einen Einfluss. Ein fast leeres E-Auto wochenlang in der prallen Sonne stehen zu lassen, ist jedenfalls keine gute Idee. Wer sein Fahrzeug tatsächlich einmal mehrere Wochen oder Monate nicht nutzen will, sollte es daher regelmäßig nachladen. Viele Hersteller empfehlen einen Dreimonats-Rhythmus, im Zweifel weiß das Benutzerhandbuch Rat. Wer die Möglichkeit hat, kann sein Auto auch dauerhaft an eine Wallbox oder ein anderes Ladegerät anschließen. Dort sorgt die sogenannte Erhaltungsladung dafür, dass auch nach langer Standzeit genug Saft im Akku ist.