Für den Elektromotor für Boote gibt es zwei Arten von Batterien: Blei-Säure-Batterien und Lithium-Batterien. Sie unterscheiden sich unter anderem hinsichtlich gravimetrischer und volumetrischer Energiedichte, Lebensdauer, Preis, Einsatzmöglichkeiten und staatlicher Vorgaben.
Die aktuelle Energiedichte von Lithium-Batterien liegt im Allgemeinen bei 200–260 Wh/g, die von Blei-Säure-Batterien bei 50–70 Wh/g. Die gravimetrische Energiedichte von Lithium-Batterien ist drei- bis fünfmal höher als die von Blei-Säure-Batterien. Das bedeutet: Bei gleicher Kapazität wiegt eine Blei-Säure-Batterie drei- bis fünfmal so viel wie eine Lithium-Batterie. Damit haben Lithium-Batterien einen klaren Vorteil, wenn es darum geht, das Gewicht des Energiespeichers zu reduzieren. Die volumetrische Energiedichte einer Lithium-Batterie ist in der Regel etwa 1,5-mal so hoch wie die einer Blei-Säure-Batterie. Bei gleicher Kapazität ist eine Lithium-Batterie daher etwa 30 % kleiner. Zu den derzeit gängigsten Materialsystemen zählen ternäre Materialien und Lithium-Eisenphosphat. Ternäre Lithium-Ionen-Akkus für den Antrieb erreichen üblicherweise mehr als 500 Ladezyklen. Bei Lithium-Eisenphosphat-Akkus sind es mehr als 600 Zyklen. Blei-Säure-Batterien kommen dagegen meist nur auf 300 bis 350 Zyklen. Die Lebensdauer einer Lithium-Batterie ist somit etwa ein- bis zweimal so lang wie die einer Blei-Säure-Batterie.
Dennoch kommen Blei-Säure-Batterien bis heute in einigen großen Maschinen und Fahrzeugen zum Einsatz, etwa in Autos und Schlauchbooten für die Fischerei. Einer Umfrage zufolge entscheiden sich 86 % der Kunden für Blei-Säure-Batterien. Lithium-Batterien sind leicht, kompakt und langlebig. Warum werden trotzdem noch Blei-Säure-Batterien verwendet?
1. Gute Eignung
Blei-Säure-Batterien funktionieren bei niedrigen Temperaturen und hohen Strömen zuverlässig. Bei einer Entladung mit einer Rate von 10 C und einer Temperatur von −10 °C kann die Spannung länger als 90 Sekunden über 10 V gehalten werden. Damit sind sie für die rauen Bedingungen in den meisten Regionen gut geeignet. Lithium-Ionen-Batterien schneiden bei niedrigen Temperaturen deutlich schlechter ab. Ihre Entladeleistung nimmt bei Kälte stark ab, sodass ein praktischer Einsatz in kalten Regionen schwierig ist. Außerdem ist beim Starten des Motors der momentane Strombedarf relativ hoch und kann bei leistungsstarken Motoren noch größer sein. Bei den derzeit gängigen Lithium-Ionen-Batterien bestehen die Elektrodenmaterialien aus Graphit und Lithium-Kobaltoxid. Keines der beiden Materialien eignet sich für hohe Leistungen; bei hoher Leistungsabgabe sinkt die Performance stark. Lithium-Batterien sind daher für den Einsatz bei niedrigen Temperaturen ungeeignet. Blei-Säure-Batterien schneiden in diesem Bereich deutlich besser ab.
2. Hohe Sicherheit
Blei-Säure-Batterien sind unter den derzeit verfügbaren Batteriesystemen ausgesprochen sicher.
1) Dank ihrer hohen Strombelastbarkeit kommt es bei diesen Batterien seltener zu Unfällen.
2) Selbst bei einem Unfall bestehen die positiven und negativen Elektroden aus Bleiverbindungen. Auch der Elektrolyt ist eine Schwefelsäurelösung. Diese Stoffe sind nicht brennbar und können höchstens dazu führen, dass umliegende Teile Feuer fangen. Das negative Elektrodenmaterial von Lithium-Ionen-Batterien besteht aus Graphit, einem brennbaren Kohlenstoffmaterial. Der Elektrolyt besteht aus einem Estersolvens und einem Lithiumsalz. Das Estersolvens ist nicht nur brennbar, sondern auch äußerst flüchtig. Bei starker Wärmeentwicklung kann es sich entzünden oder sogar explodieren. Kollisionen lassen sich beim Fahren eines Bootes nicht ausschließen. Die Folgen einer Explosion wären unabsehbar.
3) Bei hoher Stromentladung können sich an der negativen Elektrode von Lithium-Ionen-Batterien Lithiumdendriten bilden. Dadurch kann es zu einem internen Kurzschluss und zur Explosion der Batterie kommen. Dies ist in der Lithium-Batteriebranche allgemein bekannt. Tatsächlich gibt es noch weitere Probleme. Ein großes davon ist die Stabilität des Elektrodenmaterials, die durch einen über längere Zeit hohen Ladezustand (SOC) der Batterie beeinträchtigt wird.
3. Niedrige Kosten
Blei-Säure-Batterien sind zweifellos am günstigsten. Die Anforderungen an Elektrodenmaterialien, Elektrolyte und Montagebedingungen sind deutlich geringer als bei Lithium-Ionen-Batterien. Bei gleicher Kapazität kostet eine Lithium-Batterie etwa drei- bis fünfmal so viel wie eine Blei-Säure-Batterie. Für den Preis einer Lithium-Batterie bekommt man drei bis fünf Blei-Säure-Batterien. Lithium-Batterien halten zwar länger, erfüllen aber noch lange nicht alle Anforderungen der Kunden.
4. Gut recycelbar
Oft heißt es, Blei-Säure-Batterien würden die Umwelt verschmutzen, während Lithium-Ionen-Batterien umweltfreundlich seien. Das ist ein großes Missverständnis. Eine der größten Stärken von Blei-Säure-Batterien ist ihr etabliertes Recyclingsystem. Sie kommen heute in Motoren und als Starterbatterien zum Einsatz. In beiden Bereichen ist das Einsatzgebiet klar definiert: Beim Batteriewechsel bringen Nutzer die alte Batterie zu einem Fachhändler. Warum? Sie können die alte Batterie gegen Geld eintauschen und eine neue kaufen! Lithium-Ionen-Batterien enthalten zwar weniger Schwermetalle. Nur das Material der positiven Elektrode enthält Kobalt. Weltweit werden sie jedoch in großen Mengen verwendet. Langfristig bleibt das ein Problem, für das es bislang weder ein etabliertes Bewusstsein noch ein Recyclingsystem für Lithium-Batterien gibt.
Zusammenfassend lässt sich sagen: Lithium-Batterien sind zwar kompakt, leicht und langlebig, kommen aber vor allem in Mobiltelefonen, Tablets und Computern zum Einsatz. Große Geräte auf dem Markt nutzen derzeit Blei-Säure-Batterien. Hinsichtlich Eignung, Sicherheit und Kosten sind Blei-Säure-Batterien als Energiequelle für Elektromotoren für Boote nach wie vor überlegen.
