Wie die Lithium-Ionen-Batterie das Elektroauto zurückbrachte

Der Lithium-Ionen-Akku ist die Batteriechemie, die mit hoher Energiedichte und sinkenden Kosten das jahrhundertealte Reichweiten- und Gewichtsproblem des Elektroautos löste und das moderne Elektrofahrzeug technisch möglich machte. Dieser Artikel erzählt die Geschichte von den 1890er Jahren bis 1991 und davon, wie diese Revolution das Automobil neu formte.

Begann das Elektroauto tatsächlich vor dem Benzinauto?

Anders als viele Leser denken: Ja. Die Geschichte des Elektroautos beginnt fast im selben Zeitalter wie der Verbrennungsmotor, und im ersten halben Jahrhundert war Elektrizität keineswegs eine Außenseitertechnologie. Zwischen 1827 und 1828 baute der ungarische Priester Ányos Jedlik den ersten Elektromotor und ließ ein kleines Modellauto fahren. Zwischen 1832 und 1839 entwickelte der Schotte Robert Anderson ein grobes Elektrofahrzeug; galvanische Zellen waren damals jedoch noch nicht aufladbar, d.h. das Fahrzeug bewegte sich mit einem Einmal-Energiespeicher. 1837 baute Robert Davidson in Aberdeen den ersten Prototyp einer Elektrolokomotive; der vergrößerte Galvani von 1841 zog eine Last von 6 Tonnen mit 4 mph 1,5 Meilen weit. Eisenbahnarbeiter zerstörten die Maschine aus Angst um ihre Arbeitsplätze - so früh datiert der erste Widerstand gegen die Technologie.

Der Wendepunkt kam 1859: Gaston Plantés Blei-Säure-Batterie machte erstmals wiederaufladbare Energiespeicherung im Fahrzeug möglich. Diese Chemie erwies sich als so robust, dass sie bis heute in den Batterien von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor verwendet wird. Um 1884 nahm Thomas Parker in England elektrische Straßenbahnen in Betrieb und baute Prototypen von Elektroautos.

Von Morrison zu Jenatzy: das erste goldene Zeitalter

Auf der US-Seite ist William Morrison der Referenzpunkt. 1890 reichte er in Des Moines, Iowa, ein Patent für sein Elektroauto ein; das Fahrzeug hatte Frontantrieb, leistete 4 PS, erreichte 20 mph und benötigte mit 24 Batteriezellen nach 50 Meilen eine Aufladung. Auf der Chicagoer Weltausstellung 1893 sorgte es für Sensation. In Philadelphia erhielten Salom und Morris 1894 das Patent für den Electrobat ; bis 1896 bot er mit zwei 1,1-kW-Motoren eine Reichweite von 25 Meilen und gewann im selben Jahr die Fünf-Meilen-Sprintrennen gegen die benzinbetriebenen Duryea-Automobile.

Die Zahlen zeigen die Popularität der frühen Epoche deutlich: 1900 waren 28% der Autos auf den Straßen der USA elektrisch; ein Drittel der 160 Automobile auf der ersten Automobilausstellung war elektrisch. Im städtischen Einsatz hatte Elektrizität echte Vorteile - sie war leise, sauber, startete auf Schlüsseldreh und ging selten kaputt. 1899 erreichte Camille Jenatzy mit einem Fahrzeug mit doppeltem 25-kW-Motor und Karosserie aus der Aluminiumlegierung Partinium La Jamais Contente die Person, die als Erste die Marken von 100 km/h und 60 mph brach. In New York betrieb die Electric Vehicle Company über 600 elektrische Taxis mit einer Batteriewechselstation; 1897 war in London der erste elektrische Taxidienst gegründet worden.

Warum gewann Benzin? Die Anatomie der Konkurrenz zwischen Elektro- und Benzinfahrzeugen

Die erste Niederlage des Elektrofahrzeugs war keine Performance-Niederlage, sondern eine Niederlage der Ingenieurökonomie. Es gab vier entscheidende Faktoren, und alle waren messbar:

• Kosten: Elektrofahrzeuge waren fast doppelt so teuer wie Benziner und galten als Luxusgut. 1908 kostete das Ford Model T 850 Dollar, während die meisten Elektroautos für mindestens das Doppelte verkauft wurden; als das Model T 1923 unter 300 Dollar fiel, waren viele Elektrofahrzeuge zehnmal so teuer.
• Reichweite und Energiespeicherung: Ein Reserve-Benzinkanister war viel leichter als eine Ersatzbatterie - genau dieses Massenverhältnis war der Kern des Problems.
• Infrastruktur: In ländlichen Gebieten ohne Strom gab es keine Lademöglichkeit; Benzin hingegen war eine überall verkäufliche Speicherenergie.
• Anlassen: 1912 beseitigte Charles Ketterings elektrischer Anlasser (im ersten Cadillac) die Handkurbel und tilgte den grundlegenden Nutzungsvorteil der Elektrofahrzeuge.

Um es in einem Satz zusammenzufassen: Die Energiedichte des Blei-Säure-Akkus konnte den Masse- und Reichweitenanforderungen des Automobils nicht gerecht werden. Detroit Electric konnte dennoch zwischen 1907 und 1939 über 35.000 Fahrzeuge herstellen; Henry Fords Ehefrau Clara Ford nutzte von 1908 bis 1914 einen Detroit Electric. In England arbeiteten elektrische Milchverteilungsfahrzeuge, die "milk floats", bis in die 1980er Jahre, und das Land war während des größten Teils des 20. Jahrhunderts der größte Nutzer elektrischer Straßenfahrzeuge der Welt - doch das waren Fahrzeuge mit eng definiertem Aufgabenprofil, keine Universalautomobile.

Die Zwischenversuche des zwanzigsten Jahrhunderts: Je schwerer die Batterie, desto besser

Ab den 1920er Jahren wurde das Elektroautomobil marginalisiert, starb aber nie vollständig; bei jedem Versuch bewies sich erneut, dass das Problem immer an der Batterie lag. In Japan übernahm der Tama von 1947 mit Blei-Säure-Akku, 20 mph Geschwindigkeit und 40 Meilen Reichweite Taxidienste. Henney Kilowatt (1959-1960) erreichte durch Anhebung der Spannung von 36 V auf 72 V eine Geschwindigkeit von 60 mph und eine Reichweite von 60 Meilen; dennoch wurden nur etwa 100 Chassis produziert und 47 Autos verkauft.

GMs Electrovair II Experiment (1966) ist ein Datenpunkt, der die Ernsthaftigkeit der Lage zeigt: Silber-Zink-Batterien, 532 V Systemspannung, 115 hp und 40-80 Meilen Reichweite - aber die Batterien hielten nur 100 Ladezyklen durch und das Paket kostete zu den Preisen des Jahres 160.000 Dollar. 1971-72 diente das Lunar Roving Vehicle (LRV) einem anderen Ziel, der ultimativen Zuverlässigkeit: mit Motoren von GM Delco und nicht wiederaufladbaren Silber-Zink-Batterien, bei Kosten von 38 Millionen Dollar. Nach der OPEC-Ölkrise von 1973 lebte das Interesse wieder auf: Der 1974 in den Verkauf gegangene Citicar war mit 2,5 hp und etwa 25 mph bescheiden, aber seine Gesamtproduktion von 4.444 Exemplaren machte ihn bis 2013 zum größten Hersteller elektrischer Fahrzeuge der USA nach dem Zweiten Weltkrieg. Der GM von 1977, Electrovette ihre Prototypen hatten Blei-Säure-Batterien, schafften 30 mph und 50 Meilen; als die Benzinpreise die Erwartungen nicht erfüllten, wurde das Projekt eingestellt.

GM EV1: das Fahrzeug, das sich früh mit dem Batterieproblem konfrontiert sah

Die Null-Emissionsfahrzeug-Pflicht Kaliforniens in den 1990er Jahren brachte das erste seriöse Serien-EV eines Automobilherstellers der Neuzeit hervor. GM ging vom Impact-Konzept in die Serienproduktion über und EV1 vermietete ab 1996–97; die Mieter erreichte man 1997, insgesamt wurden rund 1.000 Exemplare vermietet. Das erste Modell hatte eine Blei-Säure-Batterie; die später folgende Nickel-Metallhydrid-Option (NiMH) bot eine Reichweite zwischen 70 und 160 Meilen – ein innerhalb der damaligen Chemie wahrnehmbarer Sprung, aber nicht genug.

Die letzten Fahrzeuge wurden 1999 produziert; GM stellte das Programm 2003 wegen hoher Produktionskosten und eines kleinen Marktes ein, beendete die Mietverträge, nahm die Fahrzeuge zurück und verschrottete die meisten davon. Es gab Bürgerproteste; Francis Ford Coppola war einer der wenigen, die ihr Auto behalten durften. Wodurch das Ende des EV1 genau bestimmt wurde, wird bis heute diskutiert: Während die verbreitete Erzählung Kosten und Marktgröße betont, stellt eine alternative Lesart GMs Finanzkrise von 1992 und den Führungswechsel (Jack Smiths CEO-Position) in den Mittelpunkt. Der gemeinsame Nenner ist dieser: Die Blei-Säure- und NiMH-Chemien erreichten nicht die Energiedichte, die ein Auto profitabel und praktikabel gemacht hätte. Das fehlende Teil war Lithium-Ionen.

Wie begann die Lithium-Ionen-Revolution?

Die grundlegende Forschung zur Lithium-Ionen-Batterie wurde in den 1970er Jahren veröffentlicht; John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham und Akira Yoshino teilten sich für diese Arbeit den Nobelpreis für Chemie 2019. Der kommerzielle Durchbruch kam 1991: Sony begann auf Grundlage von Yoshinos Entwurf mit der Produktion und dem Verkauf der weltweit ersten wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien – auch den Namen „Lithium-Ionen" erhielt dieses Produkt. Die Batterie fand zunächst in Kameras und später in anderer Unterhaltungselektronik Verwendung; das Elektroauto war noch nicht auf der Landkarte, aber der Energiespeicher, der es ermöglichen würde, war bereits in Serienproduktion.

Die Ausgangswerte erklären zahlenmäßig, warum die Technologie sich durchsetzte. Die ersten kommerziellen Zellen boten rund 200 Wh/L volumetrische Energiedichte – fast das Doppelte zeitgenössischer Systeme. Die gravimetrische Dichte stieg von 100–120 Wh/kg auf über 300 Wh/kg; seit dem Verkaufsstart hat sich die volumetrische Dichte in drei Jahrzehnten verdreifacht. Die eigentlich beeindruckende Kurve betrifft jedoch die Kosten: Lithium-Ionen-Batterien sanken von rund 9.200 $ pro kWh auf 78 $ – ein Rückgang von mehr als 99 %. Die meisten Technologiewechsel bieten entweder Leistung oder Kostenreduktion; Lithium-Ionen leistete beides gleichzeitig, und das reicht aus, um ein Auto zu verwandeln.

Vom Labor ins Auto: die Linie vom tzero bis zum Tesla Roadster

Als Verbraucher-Elektronik Lithium-Ionen-Zellen zugänglich machte, gehörten die Automobilingenieure zu den Ersten, die dies erkannten. 1997 stellte Alan Cocconis Firma AC Propulsion tzero vor: 150 kW (201 PS) mit Blei-Säure-Batterie. Martin Eberhard bestellte ein tzero mit Lithium-Ionen; das Ergebnis waren 0-60 mph in 3,7 Sekunden - die geschätzten Kosten beliefen sich auf 220.000 Dollar. Dieser Prototyp bewies, dass ein Lithium-Ionen-Sportwagen mit geringer Stückzahl, aber hohem Preis marktfähig sein konnte.

2003 gründeten Eberhard und Marc Tarpenning Tesla Motors; Elon Musk versuchte zunächst, AC Propulsion zur Produktion zu bewegen, investierte dann in Tesla. 2008 begann die Tesla Roadster Produktion: das weltweit erste in Serie produzierte Elektro-Sportfahrzeug mit Lithium-Ionen-Batterie. Die erste Generation verwendete ein von AC Propulsion lizenziertes Antriebssystem und wurde auf Basis von Lotus-Elise-Komponenten gebaut. Das technische Bild sah so aus:

• EPA-Reichweite: 244 Meilen (393 km) - eines der ersten Serienfahrzeuge mit einer Reichweite von über 200 Meilen.
• 0-100 km/h: 3,9 Sekunden; 288 PS.
• Batteriepaket: 53 kWh Lithium-Ionen.
• Produktion: über 2.400 Exemplare zwischen 2008 und 2012; Preis 2010: 109.000 $.
• Langlebigkeit: von einem durchschnittlichen Paket wurde erwartet, dass es nach 100.000 Meilen noch 80-85 % seiner Anfangskapazität bewahrt.

Der eigentliche Beitrag des Roadster war nicht die Technologie, sondern der Beweis: Mit einem Lithium-Ionen-Paket ließen sich echte Reichweite, echte Leistung und eine vernünftige Batterielebensdauer in ein und demselben Fahrzeug vereinen. 2011 kam der Nissan Leaf als erstes EV eines großen Herstellers mit eigenständiger Plattform mit einem 24,0-kWh-Lithium-Ionen-Paket auf den Markt und wurde im Januar 2018 mit über 300.000 Verkäufen zum meistverkauften vollelektrischen Fahrzeug der Geschichte; diesen Rekord übernahm später der Tesla Model 3. Die aus dem EV1 verbliebene Ingenieurserfahrung lebte in den Chevrolet Volt- und Bolt-Baureihen weiter.

Wo steht die Transformation heute?

Die Umgestaltung der Automobilindustrie durch Lithium-Ionen lässt sich an der Größenordnung abmessen: Bis Ende 2020 überstieg der kumulierte Absatz von leichtewagen mit Stecker und Elektroantrieb die 10-Millionen-Marke. Die Kostenkurve fällt weiter - von Batteriepaketen wird erwartet, dass ihre Preise bis 2026 auf etwa 80 $/kWh sinken; im Jahr 2025 waren Pakete mit LFP-Chemie im Durchschnitt über 40 % günstiger pro kWh als alternative Chemien. Das erste Kapitel der Revolution schrieb Lithium-Ionen; ob das nächste Kapitel mit Festkörperbatterien geschrieben wird, bleibt eine offene ingenieurstechnische Frage.

Fazit: Wie ermöglichte die Hardware-Revolution eine Marktrevolution?

Das Elektroauto hatte im Jahr 1900 Marktanteil, aber seine Batterie konnte diesen Anteil nicht halten; GM produzierte mit dem EV1 ein Produkt, aber seine Batterie konnte die Rentabilität nicht tragen. Lithium-Ionen überschritt beide Schwellen: Die Energiedichte löste das Problem der Reichweite, die Kostenkurve das des Preises. Der Tesla Roadster war das erste Auto am Schnittpunkt dieser beiden Kurven; die heutige Flotte von 10 Millionen Fahrzeugen ist eine Fortsetzung der Kette, die 1991 mit einer Kamerabatterie begann. Die Hardware wurde vorbereitet, der Markt folgte ihr - die Reihenfolge war so und nie umgekehrt.

Quellen

• Zeitleiste: Geschichte des Elektroautos
• Das erste Elektroauto: Eine kurze Geschichte des EV von 1830 bis heute
• Geschichte des Elektrofahrzeugs
• Lithium-Ionen-Batterie
• Sony-Pressemitteilung zur Kommerzialisierung von Lithium-Ionen
• Aufladung der Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien
• Batteriekosten sind um 99 % gesunken
• General Motors EV1
• EV1 Elektroauto - National Museum of American History
• Die Zukunft fahren, damals und heute: die Geschichte des EV1
• Tesla Roadster (erste Generation)
• Lebensdauer der Tesla-Roadster-Batterie
• Batterien für Elektrofahrzeuge - IEA Global EV Outlook 2026
• Preise für Elektrofahrzeug-Batterien