Wer von uns träumt nicht von einem Akku, der kaum jemals leer geht und sich bei Bedarf in Sekundenschnelle nachladen lässt? Immer wieder liest man im Netz von neuen Durchbrüchen bei der Entwicklung von Super-Batterien und Mega-Zellen. Doch was ist dran an den Gerüchten? Wir haben 4 Experten aus der Industrie befragt.

Sven Bauer
Founder und CEO BMZ Group

Was ist der Status quo, wo stehen wir heute und was sind die größten Herausforderungen bei der Entwicklung neuer Akkutechnologien/-zellen?

Die Technologie der Fahrradbatterien ist im Wandel. Kleiner, leichter, mehr Reichweite und längere Lebenszeit. Die bisher genutzte Zelle mit den Maßen 18650 gehört bei uns der Vergangenheit an und wir wechseln auf den Zellentyp 21700. Diese Automotiv-Zelle hat auch Tesla im Einsatz. Es ist eine Zelle, die natürlich mehr Leistung bringt, länger hält und kleiner, leichter ist. Eine neue Generation, die den Fahrradmarkt revolutioniert. So ist es möglich, die Akkus im Rahmen besser zu integrieren, eine längere Garantie für den Endkunden zu geben und natürlich die Reichweite zu erhöhen.

Wird es in absehbarer Zeit (in den nächsten 2 Jahren) große Entwicklungen bei der Akkukapazität von E-Mountainbikes geben und wie sehen diese aus?

Das Thema ist sehr technisch, aber ich versuche es einmal zu erklären. In der Vergangenheit wurden bei den Fahrrädern hauptsächlich NMC-Typen eingesetzt, also Nickel, Mangan, Cobalt auf der Kathode und Graphit auf der Anode. Diese Technologie haben wir jetzt gedreht und verwenden eine NCA, also eine „Nickel-Cobald-Aluminium-Type“, weil diese 30 % mehr Kapazität auf Volumen und Gewicht hat. Man hat dadurch also 30 % mehr Reichweite oder eine 30 % kleinere und leichtere Batterie.
Parallel haben wir das Graphit auf der Anode mit Silizium versetzt, was eine weitere Kapazitätserhöhung bringt. Einfach gesagt, der Akku verschwindet wie beim Handy im Rahmen und wird nicht mehr sichtbar und trotzdem können Sie sehr große Reichweiten fahren. Wir werden nunmehr dank dieser neuen Zellentechnologie mit der Zellengröße 21700 einen großen Sprung machen im E-Bike-Markt. Dadurch können wir längere Garantien geben, der Akku wird nicht mehr sichtbar sein und parallel haben wir viel größere Reichweiten. BMZ entwickelt dafür spezielle Zellen, die bei verschiedenen Fahrrädern nächstes Jahr erhältlich sind.

Ingo Beutner
Head of Engineering Haibike

Was ist der Status quo, wo stehen wir heute und was sind die größten Herausforderungen bei der Entwicklung neuer Akkutechnologien/-zellen?

Wird es in absehbarer Zeit (in den nächsten 2 Jahren) große Entwicklungen bei der Akku-Kapazität von E-Mountainbikes geben und wie sehen diese aus?

Ich versuche mal, beide Fragen in meiner Antwort zu kombinieren. Alle Bike- bzw. Systemhersteller verwenden aktuell zylindrische Zellen, die zusammen mit einem BMS (Batterie Management System) in ein Gehäuse gepackt werden. Selbst ein Global Player wie Tesla, der sicher noch ganz andere finanzielle Möglichkeiten hat, greift für die Elektroauto-Produktion auf solche Zellen zurück.
Die verbreitetste Zelle ist hierbei die 18650er-Zelle (18 mm Durchmesser, 65 mm Länge). Neu hinzugekommen ist vor Kurzem die 21700er-Zelle (21 mm Durchmesser, 70 mm Länge), jedoch ist sie im großen internationalen Markt noch ein Exot und die Langzeiterfahrungswerte sind noch nicht gegeben. Wenn aber beispielsweise Tesla für zukünftige Modelle auf diese Zelle geht, wird auch hier mehr und mehr geforscht und entwickelt.

Alle Batterien basieren auf den Gesetzen der Chemie. Über die entsprechenden Inhaltsstoffe (z. B. Lithium) werden Potenzialunterschiede erzeugt (beim Aufladen), gespeichert und bei Bedarf wieder abgegeben. Wie eine Zelle das macht, kann sich dabei deutlich unterscheiden: Für Powertools brauche ich eher einen hohen Entladestrom, um kurzfristig eine hohe Leistung abzugeben. Für andere Anwendungen werden eher hohe Speicherkapazitäten benötigt.
Beides steht ein bisschen im Gegensatz zueinander und gerade beim E-Bike sind zudem noch thermische Aspekte zu berücksichtigen. Eine Batterie kann im Hochsommer problemlos über 60 °C warm werden! Dann regelt meist das BMS die Leistung herunter, um die Zellen nicht zu überhitzen und damit dauerhaft zu schädigen.

Es gibt also für jeden Einsatzbereich eine entsprechende Zelle – so auch für E-Bikes. Neue Technologien werden also versuchen, Zellen immer für einen bestimmten Einsatzzweck zu optimieren. Hierbei wird hauptsächlich an der Chemie der Inhaltsstoffe gearbeitet, um das letzte Quäntchen herauszuholen.
Allerdings ist es genauso wichtig, eine hohe Serienqualität zu erarbeiten, denn jede Batterie ist nur so gut wie die schlechteste Zelle! Schafft es also ein Zellenhersteller, die Serienqualität anzuheben, wird gleich die ganze Batterie besser.

Summa summarum sind diese Verbesserungen aber rein schrittweiser Natur und es wird keinesfalls eine Verdopplung der Speicherkapazität binnen der nächsten ein bis zwei Jahre kommen! Die „Wunder-Batterien“, wie sie oft in Facebook-Artikeln oder auf Newspages proklamiert werden, sind oft nur experimentelle Projekte von Hochtechnologie-Universitäten und meist auch nur auf einen ganz speziellen Anwendungszweck hin optimiert (z. B. Handyakku mit 2.000 mWh). Teilweise werden für gewisse Benchmarks extrem hohe Ladeströme bei gleichzeitiger Kühlung aller Komponenten mit flüssigem Stickstoff verwendet, um einen Akku binnen weniger Sekunden oder Minuten „vollzupumpen“. In der Praxis natürlich absolut nicht umsetzbar und Lichtjahre von irgendeiner Serienfertigung entfernt!

Dennoch öffnen solche Ansätze oftmals Türen zu neuen Technologien, die man gar nicht auf dem Schirm hatte. Kurzfristig (2–3 Jahre) betrachtet wird sich aber am Aufbau von E-Bike-Akkus nichts großartig ändern. Auch die Zellen werden aus oben genannten Gründen nur geringfügig besser. Zudem muss an dieser Stelle erwähnt werden, dass neue Zellen bei den Batterie- bzw. Systemherstellern erst mal Zertifizierungen und Tests durchlaufen müssen, ehe sie für die Serie verwendet werden! Sollte es also nächstes Jahr eine etwas bessere Zelle am Zellenmarkt geben, dauert es sicher ein bis zwei Jahre, bis diese Zelle überhaupt in einer Batterie eingesetzt werden wird.

Was ich jedoch deutlich sehe, ist eine Anhebung der Kapazität für die nächsten zwei bis drei Jahre! Reichweite wird immer ein Thema bleiben und die 3 kg Mehrgewicht für einen größeren Akku oder Range Extender würden die meisten gerne in Kauf nehmen, wenn damit der Aktionsradius verdoppelt würde. Für die obere Mittelklasse bis Oberklasse der E-Bikes sehe ich in naher Zukunft Kapazitäten von 600 Wh und darüber als kommenden Standard an.

Jan Talavasek
Engineering Manager E-Mountainbike bei Specialized

Was ist der Status quo, wo stehen wir heute und was sind die größten Herausforderungen bei der Entwicklung neuer Akkutechnologien/-zellen?

Was Energiedichte angeht, ist gerade ein Plateau erreicht. Es sind jede Menge neue Zelltechnologien in Entwicklung, aber in Großserie wird vorab nichts verfügbar sein – auch nicht in zwei Jahren! Es geht nicht nur um Energiedichte, sondern auch um Leistungsdichte, Langlebigkeit, Hoch-/Tieftemperaturverhalten und last but not least um Sicherheit. Kleine Verbesserungen im 10- bis 20-Prozent-Bereich werden weiterhin jährlich kommen, aber von der Wunderzelle darf man auch weiterhin nur träumen.

Wird es in absehbarer Zeit (in den nächsten 2 Jahren) große Entwicklungen bei der Akkukapazität von E-Mountainbikes geben und wie sehen diese aus?

Aktuell müssen wir lernen, mit vorhandener Energie besser umzugehen. Oft ist das Problem nicht der zu kleine Akku, sondern dass man „aus Versehen“ zu viel verbrät, ohne wirklich die Power zu brauchen. Smarte Softwarelösungen werden gefragt sein. Unsere Mission-Control-App mit dem Feature SmartControl bietet heute schon die Möglichkeit, der Software über eine vordefinierte Zieleingabe die Motorenunterstützung zu überlassen, und der Akku wird bis zum Ende der Tour nicht leer!

Tamara Winograd
Leiterin Marketing und Kommunikation Bosch eBike Systems

Was ist der Status quo, wo stehen wir heute und was sind die größten Herausforderungen bei der Entwicklung neuer Akkutechnologien/-zellen?

Als Energiequelle des Bosch eBike-Systems spielt der Akku eine zentrale Rolle. Grundsätzlich gilt: Energiedichte und Kapazität von E-Bike-Akkus haben sich in den letzten Jahren enorm verbessert. Die Bosch E-Bike-Akkus erreichen aufgrund ihrer langen Lebensdauer und kurzen Ladezeit bestmögliche Reichweiten. Der PowerPack 500 gehört in seiner Gewichtsklasse zu den leichtesten Akkus am Markt und verfügt über die höchste Energiedichte.
Die Herausforderung bei der Akkuentwicklung ist es, eine hohe Kapazität zu erreichen und den Akku dabei gleichzeitig möglichst klein und leicht zu gestalten. Auch das Thema Systemintegration spielt eine wichtige Rolle: Das E-Bike nähert sich beim Design dem traditionellen Fahrrad optisch weiter an. Dazu gehören in den Rahmen integrierte Akkus. Für das Modelljahr 2018 bringen wir mit der PowerTube 500 hier eine Lösung: Der integrierbare Akku vereint modernes Design und hochwertige Bosch-Technologie für E-Biker, die auf einen cleanen und zeitlosen Look setzen.

Wird es in absehbarer Zeit (in den nächsten 2 Jahren) große Entwicklungen bei der Akkukapazität von E-Mountainbikes geben und wie sehen diese aus?

Bereits jetzt hat Bosch ausgereifte E-Bike-Akkus im Portfolio: Sie sind leicht, klein und sorgen für eine gute Reichweite. Je nach Fahrweise und äußeren Bedingungen sind mit einem E-Bike mit aktuellem Bosch-Antriebssystem auch Reichweiten von rund 100 km drin. Diese ausgefeilte Technologie werden wir in den nächsten Jahren weiterentwickeln. Hier sind verschiedene Szenarien denkbar: Akkus mit höherer Kapazität bei gleichbleibendem Gewicht oder Akkus mit gleicher Kapazität – dann mit niedrigerem Gewicht und höherer Energiedichte. Bosch denkt immer in unterschiedliche Richtungen. Was aber nicht sinnvoll ist: im Akku-Bereich jedes Jahr ein neues Modell vorzustellen. Aus der Sicht von Bosch eBike Systems rechtfertigt der Fortschritt, alle zwei bis drei Jahre mit einem neuen Produkt auf den Markt zu gehen. Bis dahin bieten wir E-Bikern, die noch mehr Kapazität benötigen, mit DualBattery bereits eine optimale Alternative: Mit der Kombination aus zwei PowerPacks stehen bis zu 1.000 Wh zur Verfügung – für weite Strecken, lange Touren und steile Anstiege.


Fazit

Wir halten fest: Die online häufig propagierte Super-Zelle wird es in naher Zukunft nicht geben. Fortschritte bei der Akkutechnik sind aber greifbar. Zum einen wird wohl die größere 21700-Zelle die Kapazität erhöhen, zum anderen machen die Versuche von BMZ Hoffnung, bei gleicher Akkugröße weiter und höher fahren zu können. Neben der reinen Kapazität spielen bei einem E-Mountainbike-Akku auch die Langlebigkeit, die Leistungsbereitstellung, das Temperaturverhalten sowie die Sicherheit eine große Rolle – und das stellt die Entwicklung vor große Herausforderungen. Ach ja, und da war ja noch der Preis – neue Technologien sind in der Regel nicht billig und kommen vermutlich zeitnah nur in den Highend-Modellen zum Einsatz. Wer gerade einen Bike-Kauf plant, sollte ihn nicht wegen einer vermeintlichen neuen Super-Zelle aufschieben, sondern zuschlagen und den Sommer genießen!