Energiedichte, Leistungsdichte: Die wichtigsten Parameter einer Batterie richtig erklärt.
Andreas Burkert
Die Elektromobilität ist immer gut für Spekulationen. Auch deshalb, weil grundlegende physikalische Zusammenhänge lapidar erklärt und feststehende technische Begriffe missverständlich verwendet werden. Die Folgen sind oftmals fatal.
Die Ankündigung des Liechtensteiner Unternehmens Nanoflowcell, es habe ein Elektroauto mit einem modifizierten Flusszellenantrieb konstruiert, hat weltweit in den Medien für Aufsehen gesorgt. Vor allem über die Angaben zum elektrischen Energiespeicher staunten Experten. Doch ein genauer Blick in die Unterlagen zeigt: Alles könnte auf einem großen Irrtum beruhen. So wurden Begriffe wie spezifische Energie, spezifische Energiedichte und Leistungsdichte missverständlich beziehungsweise im falschen Zusammenhang wiedergegeben.
Weil das Unternehmen und die dafür verantwortliche Presseagentur selbst auf Nachfrage die Ungereimtheiten nicht klären konnte, stellen wir nun die wichtigsten Parameter wie Energiedichte, spezifische Energiedichte, Leistungsdichte und Kapazität einer Batterie beziehungsweise eines Akkumulators (Akkumulatoren lassen sich wieder aufladen) vor. Da alle elektrochemischen Batterien prinzipiell den gleichen Aufbau aufweisen – so erklären das Professor Dirk Uwe Sauer und die Ingenieurin Julia Kowal von der RWTH Aachen im Artikel „Batterietechnik - Grundlagen und Übersicht" - gelten die Parameter für alle Batterietypen.
Energiedichte versus Leistungsdichte versus Kapazität
Eine der wichtigsten Parameter ist die Energiedichte. Sie gibt in Wh/l an, wie groß der gespeicherte Energieinhalt Wh der Batterie pro Volumen l ist. Die Energiedichte kann auch auf das Gewicht (spezifische Energiedichte) bezogen werden - also Wattstunden Wh pro Masse Wh/kg. Die Energiedichte gilt als wichtiges Maß, um die Reichweite eines Elektrofahrzeugs abzuschätzen. Die spezifische Energiedichte lässt sich im Übrigen aus dem Produkt spezifische Ladungsdichte Ah/kg und Zellspannung V berechnen und beeinflusst dementsprechend das Energiespeichervermögen eines Akkumulators.
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Die spezifische Leistungsdichte W/kg hingegen beschreibt, wie viel Leistung W pro Batteriemasse kg abgegeben werden kann. Damit ist sie ein Maß für die kurzzeitig maximal verfügbare Batterieleistung. Je höher die Leistungsdichte, umso schneller erfolgt die Energieaufnahme zur Ladung des Akkumulators. Die Kapazität einer Batterie oder aber eines Akkumulators gibt dagegen die Menge an elektrischer Ladung Q an, die eine Batterie liefern beziehungsweise speichern kann. In der Regel ist von der Nennkapazität CN die Rede. Sie wird in Amperestunden Ah angegeben. Bei einzelnen Zellen ist die Angabe Amperesekunden As gebräuchlich.