Mercedes EQC: Elektroauto mit geringer Energiedichte

Mercedes EQC: Elektroauto mit geringer Energiedichte

Der Mercedes EQC kommt mit einem 80-kWh-Akku auf den Markt, der 650 kg wiegt. Der Tesla Model S wiegt bei 100 kWh nur 540 kg. Die Paradoxie ist die Nachricht: Das neueste Elektroauto der deutschen Marke speichert weniger Energie und schleppt mehr Gewicht als ein Modell mit jahrelangem Vorsprung. Dies ist kein Konstruktionsfehler. Es ist das Ergebnis einer Entscheidung, erzwungen durch den Mangel an Kobalt, dem Material, das Lithiumbatterien ihre Energiedichte verleiht und das der Planet nicht in ausreichender Menge hat, um die weltweite Fahrzeugflotte zu elektrifizieren.

Der EQC verwendet von SK Innovation hergestellte NMC-622-Zellen mit 20 % Kobalt im Kathodenmaterial. Der Tesla Model S nutzt Panasonic-NCA-Zellen mit einer fast doppelt so hohen Energiedichte wie NMC. Der Unterschied ist erheblich: Der EQC benötigt 650 kg, um 80 kWh zu speichern, während der Model S 100 kWh in 540 kg unterbringt. Das Pouch-Format der SK-Zellen ermöglicht eine etwas höhere Energiekonzentration, kompensiert aber nicht den Dichteverlust des Kathodenmaterials.

Warum begrenzt Kobalt die Reichweite von E-Autos?

Die weltweite Kobaltproduktion liegt bei rund 123.000 Tonnen pro Jahr, und die bekannten Reserven betragen 7 Millionen Tonnen. Beim aktuellen Tempo wären sie in 57 Jahren erschöpft. Diese Berechnung, die in technischen Analysen kursiert, berücksichtigt weder neue Lagerstätten noch Recycling, ignoriert aber auch die Massenadoption von Elektrofahrzeugen. Wenn jedes Auto die Menge an Kobalt eines NCA-Akkus bräuchte, würde das Angebot viel schneller ausgehen.

Die Industrie reagiert, indem sie den Kobaltanteil im Kathodenmaterial senkt. NMC 111 mit 33 % Kobalt sind der aktuelle Standard. NMC 811 sinken auf 10 %. NMC 622 bleiben bei 20 %. Die geplante Entwicklung zielt auf NCMA 712 ab, mit Aluminium im Kathodenmaterial und noch weniger Kobalt, erwartet in drei bis vier Jahren. Das Problem ist, dass jede Reduzierung des Kobalts eine geringere Energiedichte bedeutet. Weniger Kobalt, weniger Reichweite.

Einige behaupten, Festelektrolyte würden das Problem lösen. Aber deren Entwicklung steht erst am Anfang. Selbst mit dieser Technologie übersteigen die optimistischsten Berechnungen nicht die Energiedichte aktueller NCA-Zellen. Laut diesen Analysen werden Reichweitenverbesserungen im nächsten Jahrzehnt vernachlässigbar sein.

Wie hoch ist der tatsächliche Autobahnverbrauch?

Der Mercedes EQC gibt 22,2 kWh/100 km im NEDC-Zyklus an. Der Jaguar I-Pace 44 kWh/100 km im EPA-Zyklus. Der Tesla Model S P100D 35 kWh/100 km im EPA-Zyklus. Dies sind Laborwerte, und das Labor begünstigt Elektroautos, da es keinen Wind, keine Steigungen und niedrige Geschwindigkeiten gibt. Bei 120–130 km/h auf der Autobahn schießt der Verbrauch in die Höhe. Der Model S steigt von 24 kWh bei 90–100 km/h auf 32–33 kWh bei Reisegeschwindigkeit.

Der Grund ist, dass Elektrofahrzeuge keine Getriebe haben. Sie haben eine feste Übersetzung, vergleichbar mit dem vierten Gang. Der Motor liefert ab null Drehmoment, daher ist das Anfahren kein Problem. Aber bei 130 km/h reicht dieser vierte Gang nicht aus. Reibungsverluste an der Achse dominieren mit steigender Geschwindigkeit. Deshalb haben Elektroautos eine begrenzte Höchstgeschwindigkeit, und deshalb entwickeln einige Hersteller Dreiganggetriebe für E-Fahrzeuge.

Auch die Kosten dieser Energie werden diskutiert. Laden in der Nebenzeiten zu 8 Cent pro kWh, inklusive MwSt., kostet 9,6 Cent. Ein Verbrauch von 20 kWh/100 km bedeutet 4,6 Euro pro hundert Kilometer. Im EQC wären es bei 40 kWh/100 km auf der Autobahn 9 Euro. Hinzu kommt der zusätzliche Leistungstermin: 27 Euro pro Monat, was auf 1.000 monatliche Kilometer verteilt 2,7 Euro pro hundert Kilometer ergibt.

Pouch-Format und Risiko geblähter Zellen

Die NMC-622-Zellen des EQC sind im Pouch-Format: flach, in flexibles Material gehüllt. Diese Geometrie ermöglicht eine höhere Energiekonzentration auf kleinerem Raum, ist aber gefährlicher. Die Zellen blähen sich wie ein Beutel auf, wenn sie Gase freisetzen. Sie nehmen weniger Ladestrom auf als NCA-Zellen, was das Überladungsrisiko erhöht. Nutzer von Pouch-Batterien in anderen Geräten haben diese beim Aufblähen angestochen und weiterverwendet, eine Praxis, die nicht nachgeahmt werden sollte.

Die offene Frage ist, ob der EQC die Gasableitung der Zellen geplant hat. Hat er ein Abgasrohr für Batterie-Gase? Das ist Spekulation, aber das Elektroauto wäre möglicherweise nicht frei von Schadstoffemissionen. Mercedes hat diesen Aspekt nicht detailliert. Was getan wurde, ist die Ankündigung, den EQC zunächst in kleinen Stückzahlen zu produzieren und die Batterien der ersten Einheiten zu überwachen. Man möchte vermeiden, dass die Garantiekosten explodieren, falls sich das Auto als fehlerhaft herausstellt.

Was ist mit dem Tesla Model 3 und den 2170-Zellen?

Tesla und Panasonic haben für den Model 3 die 2170-Zelle entwickelt, über die wenig bekannt ist, außer dass sie NCA ist und die höchste Energiedichte auf dem Markt bietet. Tesla behauptet, sie enthalte weniger Kobalt als NMC-811-Zellen, liefert aber keine Daten. Falls wahr, befänden sie sich an einem ähnlichen Punkt wie die Konkurrenz: höhere Energiedichte, aber weniger nutzbar und mit kürzerer Lebensdauer.

NMC 811 und 622 verbessern die Entladetiefe und erreichen bis zu 4.000 Zyklen, ausreichend für die Lebensdauer des Fahrzeugs. Die schlechte Nachricht ist, dass sie weniger Ladestrom aufnehmen. Im nächsten Jahrzehnt werden Elektroautos weiterhin große Akkus benötigen, um komfortabel zu reisen, und werden immer noch keine Schnellladung akzeptieren. Sie werden nicht für lange Strecken geeignet sein, aber zumindest muss der Akku nicht ausgetauscht werden.

Und was, wenn das Problem nicht der Akku, sondern das Netz ist? Einige weisen darauf hin, dass eine elektrifizierte Fahrzeugflotte eine Strominfrastruktur erfordert, die nicht existiert. Währenddessen startet der EQC seinen Weg mit geringerer Energiedichte als die Konkurrenz. Die Frage ist nicht, ob er sich verbessern wird. Die Frage ist, wie lange es dauern wird, bis er aufhört, sich zu verschlechtern.