Forscher haben neue Design-Richtlinien für E-Auto-Batterien entwickelt, die zur Verbesserung der Umweltbilanz beitragen könnten. Denn die neuen Konstruktionsprinzipien machen Reparaturen einfacher und können so die Nachhaltigkeit entlang des gesamten Lebenszyklus verbessern.
Die Elektromobilität stellt einen wichtigen Baustein für eine klimafreundliche Ausrichtung des Verkehrssektors dar. In den vergangenen Jahren hat die Zahl der Elektroautos in Deutschland kontinuierlich zugenommen. Waren im Jahr 2021 noch rund 300.000 E-Fahrzeuge in Deutschland zugelassen, stieg die Zahl bis zum 1. April 2026 auf rund 2,1 Millionen.
Mit der Zunahme von E-Autos im Straßenverkehr rücken aber auch die E-Auto-Batterien als zentrale Komponente immer stärker in den Fokus. Denn ihre Herstellung ist besonders rohstoff- und energieintensiv. Beschädigte Akkupacks lassen sich zudem oft nur mit großem Aufwand reparieren. Auch einzelne defekte Zellen führen so oft zum Austausch größerer Module.
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Genau dieser Problematik haben sich Forscher unter der Leitung der TU Graz angenommen. Die Wissenschaftler haben neue Design-Richtlinien für E-Auto-Batterien konzipiert. Durch diese lassen sich Batteriepacks leichter zerlegen und können so auch gezielt repariert werden. Zusätzlich können einzelne Komponenten besser weiterverwendet werden.
Die Forscher erhoffen sich dadurch eine längere Lebensdauer für E-Auto-Batterien. Aber auch Ressourcen sollen so geschont werden, was insgesamt die Umweltbilanz der Elektromobilität deutlich verbessern könnte.
Neue Akku-Bauweise macht E-Auto-Batterien nachhaltiger
Die Konstruktion von modernen Batterien für Elektrofahrzeuge erfordert die Erfüllung zahlreicher Anforderungen gleichzeitig. Neben hoher Leistung und Reichweite spielen auch eine wirksame Kühlung sowie der Schutz der Batterie bei Belastungen oder Unfällen eine zentrale Rolle.
Diese Faktoren beeinflussen sich gegenseitig und müssen bei der Bauweise beachtet werden. Allerdings gibt es bislang kaum einheitliche Konstruktionsprinzipien für Traktionsbatterien. Hersteller setzen bisher auf unterschiedliche Zellformate, Modulgrößen und Gehäusekonzepte.
Das erschwert nicht nur Reparaturen und den Austausch einzelner Komponenten. Auch für Rettungskräfte kann dies bei einem Unfall den sicheren Umgang mit beschädigten oder brennenden Batterien deutlich erschweren.
„Ohne einheitliche Design-Standards stehen Einsatzkräfte im Ernstfall oft vor großen Herausforderungen, weil Aufbau und Verhalten von Batteriesystemen schwer einschätzbar sind“, erklärt Projektleiter Markus Fasching vom Institut für Fahrzeugsicherheit der TU Graz. „Gleichzeitig verlieren wir wertvolle Ressourcen, wenn Batterien nicht repariert oder vollständig recycelt werden können.“
Die nun entwickelten einheitlichen Design-Richtlinien der Forscher könnten hier Abhilfe schaffen. „Unsere Arbeit zeigt, dass sich Sicherheit, Wirtschaftlichkeit und Kreislauffähigkeit durch ein durchdachtes Design gemeinsam verbessern lassen“, so Fasching weiter.
Möglichkeit zur Reparatur von E-Auto-Batterien verbessert Umweltbilanz deutlich
Batteriesysteme aus E-Autos lassen sich bisher nur schwer reparieren oder recyceln. Denn viele Hersteller verkleben ihre Gehäuse mit Wärmeleitpasten zur Temperaturregulierung. Das ist zwar für die Produktion vorteilhaft, bei einem Defekt muss dann jedoch meist das gesamte Batteriepaket ausgetauscht werden.
Das Forschungsteam unter der Leitung der TU Graz hat diese Bauweise als Basis-Design für seine Untersuchungen angenommen. Zusätzlich wurden zwei alternative Bauweisen untersucht: ein flüssigkeitsgekühltes Design sowie eines mit austauschbaren Gehäusedeckeln, bei denen Wärmeleitpads die Hitze abführen.
Zusätzlich konnten die Forscher neue Diagnosemethoden auf Basis der elektrochemischen Impedanzspektroskopie entwickeln. Diese ermöglichen es, interne Schäden wie Mikro-Kurzschlüsse zuverlässig zu erkennen, die ansonsten zeitverzögert zu kritischen Ereignissen wie Batteriebränden führen könnten.
Durch die einfache Zerlegbarkeit einer E-Auto-Batterie kann das Recycling von Materialien gefördert werden. Demnach seien reparaturfreundliche Designs bereits lohnend, wenn acht Prozent der Zellen – beispielsweise nach einem Unfall – weiterverwendet werden können.
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