Batterieforschung am Fraunhofer ISI

Das Fraunhofer ISI ist seit über zehn Jahren auf dem Gebiet der Batterieforschung tätig. Der Technologieschwerpunkt unserer Batterieaktivitäten liegt auf Lithium-Ionen-Batterien. Ebenso werden alternative Batteriechemien und -systeme, die in den nächsten Jahren Marktreife erlangen könnten, kontinuierlich beobachtet und analysiert.

Die Forschungsfragen des Fraunhofer ISI im Bereich Batterie reichen von der Bewertung der Forschung und Entwicklung neuer Batterietechnologien im Labor über geeignete Förderstrategien bis hin zur Technologiekommerzialisierung, industriellen Produktion, Nutzung und schließlich Behandlung nach dem Lebensende.

Marktanalysen und Prognosen

Die Beschreibung und Analyse von Batteriemärkten ist seit mehr als zehn Jahren einer unserer Forschungsschwerpunkte. Dabei verfolgen wir nicht nur aufstrebende Märkte, sondern bewerten und prognostizieren auch deren zukünftige Entwicklung mit Hilfe unseres methodischen Instrumentariums.

Wir betreiben eine umfassende Datenbank, die die gesamte LIB-Wertschöpfungskette von den Materialien über die Anwendungen bis hin zum Recycling abdeckt. Um unsere Datenbank zu pflegen und zu verbessern, verfolgen wir kontinuierlich Lieferketten und Akteursnetzwerke bis hin zu regionalen Absatzmärkten für alle wichtigen Batterieanwendungen.

Unsere Datenbasis ermöglicht es uns, makroökonomische Forschungsfragen, z. B. zur globalen Ressourcenverfügbarkeit oder zu Investitionsströmen, zu beantworten sowie Geschäftsmodelle für bestimmte Branchen und Marktsegmente zu entwickeln und zu bewerten.

Weitere Informationen finden Sie in unseren jüngsten Veröffentlichungen.

Technologie-Roadmapping und Benchmarking

Neue Technologien und Innovationen entstehen an der Schnittstelle zwischen Forschung und Industrie und damit genau dort, wo wir zu Hause sind. Dank unserer guten Vernetzung in der europäischen Forschungsszene und mit vielen mittelständischen und großen internationalen Unternehmen gelingt es uns, Technologietrends nicht nur aufzugreifen, sondern sie gleichzeitig anwendungsbezogen und marktgerecht zu bewerten.

Dazu veranstalten wir regelmäßig technologie- und anwendungsspezifische Expertenworkshops oder berechnen mit unseren mathematischen Modellen die Auswirkungen von technologischen Entwicklungen oder Substituten auf der Material-, Batteriezellen- oder Systemebene.

Unsere Technologie-Roadmaps, die im Rahmen der BMBF-Förderung entstanden sind, finden Sie im Bereich Publikationen.

Publikationen

  • Energiespeicher-Roadmap 2017
    © Fraunhofer ISI / Heyko Stöber

    Solid-State Battery Roadmap 2035+

    Die Feststoffbatterie-Roadmap Solid-State Battery Roadmap 2035+ betrachtet ein weites Spektrum von der Material-, Komponenten- und Zell- bis hin zur Anwendungsebene. Darin werden bestehende sowie neueste Forschungserkenntnisse kritisch bewertet und die Entwicklungspotenziale von Feststoffbatterien mit denen etablierter Lithium-Ionen-Batterien für den Zeitraum der kommenden 10 Jahre verglichen. Die Roadmap zeigt: Feststoffbatterien haben viel Potenzial, müssen ihre Kommerzialisierbarkeit aber in den kommenden fünf Jahren unter Beweis stellen.

    Berichterstattung 2021 zum Gesetz zur Bevorrechtigung der Verwendung elektrisch betriebener Fahrzeuge (EmoG)

    Berichterstattung 2021 zum Gesetz zur Bevorrechtigung der Verwendung elektrisch betriebener Fahrzeuge (EmoG)

    Die Berichterstattung zum Elektromobilitätsgesetz (EmoG) begleitet das durch die deutsche Bundesregierung erlassene „Gesetz zur Bevorrechtigung der Verwendung elektrisch betriebener Fahrzeuge“ (kurz Elektromobilitätsgesetz bzw. EmoG). Dabei zeigt der Bericht Hintergründe des Gesetzes auf, verweist auf den Status Quo von Elektromobilität in Deutschland und diskutiert die konkrete Umsetzung sowie Handlungsempfehlungen für die Zukunft.

    Recycling von Lithium-Ionen-Batterien: Chancen und Herausforderungen für den Maschinen- und Anlagenbau
    © IMPULS-Stiftung

    Recycling von Lithium-Ionen-Batterien

    Die vorliegende Studie Recycling von Lithium-Ionen-Batterien: Chancen und Herausforderungen für den Maschinen- und Anlagenbau zielt auf die Quantifizierung dieser sekundären Effekte einer europäischen Recyclingindustrie. Dazu wurde ein Marktmodell des Fraunhofer ISI genutzt, um Prognosen für das Wachstum eines europäischen Batterierecyclingmarktes abzuleiten. Die Effekte für den Maschinen- und Anlagenbau wurden auf Grundlage von Interviewergebnissen mit Batterierecycling- und Anlagenexperten quantifiziert.

    Future Expert Needs in the Battery Sector – March 2021
    © EIT RawMaterials GmbH

    Future Expert Needs in the Battery Sector – March 2021

    Analyse des Bedarfs an Fachkräften durch die schnell wachsende, europäische Batteriewirtschaft.

    VDMA Roadmap Batterie-Produktionsmittel 2030 – Update 2020
    © VDMA Batterieproduktion

    DMA Roadmap Batterieproduktionsmittel 2030 – Update 2020

    Die VDMA Roadmap Batterieproduktionsmittel 2030 adressiert die Weiterentwicklung der Produktionstechnik. Es werden zukünftige Anforderungen an den Batteriemaschinenbau diskutiert sowie Lösungsansätze des Maschinen- und Anlagenbaus formuliert. In insgesamt 14 Technologiekapiteln wurden Red Brick Walls identifiziert und entsprechend des aktuellen Stands der Technik diskutiert.

    Die Roadmap baut auf den 2014, 2016 und 2018 erschienenen Veröffentlichungen auf.

    Batterien für Elektroautos: Faktencheck und Handlungsbedarf
    © Fraunhofer ISI

    Batterien für Elektroautos: Faktencheck und Handlungsbedarf

    Zusammenfassung und Klärung von zentralen Fragestellungen bzw. potenziellen Herausforderungen bei der Marktdiffusion von batterieelektrischen Fahrzeugen.

  • Energiespeicher-Roadmap 2017
    © Fraunhofer ISI / Heyko Stöber

    Solid-State Battery Roadmap 2035+

    Die Feststoffbatterie-Roadmap Solid-State Battery Roadmap 2035+ betrachtet ein weites Spektrum von der Material-, Komponenten- und Zell- bis hin zur Anwendungsebene. Darin werden bestehende sowie neueste Forschungserkenntnisse kritisch bewertet und die Entwicklungspotenziale von Feststoffbatterien mit denen etablierter Lithium-Ionen-Batterien für den Zeitraum der kommenden 10 Jahre verglichen. Die Roadmap zeigt: Feststoffbatterien haben viel Potenzial, müssen ihre Kommerzialisierbarkeit aber in den kommenden fünf Jahren unter Beweis stellen.

    Energiespeicher-Roadmap 2017
    © Fraunhofer ISI / Heyko Stöber

    Energiespeicher-Roadmap (update 2017) – Hochenergie-Batterien 2030+ und Perspektiven zukünftiger Batterietechnologien

    Die Energiespeicher-Roadmap 2017 aktualisiert alle bislang erarbeiteten Roadmaps. Sie widmet sich den Herausforderungen für Forschung und Entwicklung (FuE) von Hochenergie-Batterien, für welche derzeit weltweit massiv Zellproduktionskapazitäten ausgebaut werden. Zudem zeigen Langfristpotenziale für alternative Batterietechnologien auf, ob und welche Technologien jenseits 2030 in den Markt kommen könnten.

    Gesamt-Roadmap Lithium-Ionen-Batterien 2030
    © Fraunhofer ISI / Heyko Stöber

    Gesamt-Roadmap Lithium-Ionen-Batterien 2030

    Die Gesamt-Roadmap Lithium-Ionen-Batterien 2030 aktualisiert und integriert die in 2010 und 2012 erschienene Technologie- und Produkt-Roadmap. Sie gibt einen umfassenden Überblick über den Stand und die Entwicklungspotenziale von Lithium-Ionen-Batterien für elektromobile und stationäre Anwendungen und bildet somit eine Klammer um die parallel erscheinenden Roadmaps »Energiespeicher für die Elektromobilität« und »Stationäre Energiespeicher«. Es werden die bis 2030 erwarteten Entwicklungen der Lithium-Ionen-Batterietechnologie und alternativer bzw. konkurrierender Energiespeicherlösungen skizziert und Abhängigkeiten zwischen Technologien für elektromobile und stationäre Anwendungen aufgezeigt. Langzeit-Szenarien bis 2050 erlauben es, Fragen der Rohstoffverfügbarkeit, des Einflusses technischen Fortschritts der Lithium-Ionen-Batterie sowie Marktveränderungen modellgestützt zu berücksichtigen.

    Technologie-Roadmap Lithium-Ionen-Batterien 2030
    © Fraunhofer ISI / Heyko Stöber

    Technologie-Roadmap Lithium-Ionen-Batterien 2030

    In der Technologie-Roadmap Lithium-Ionen-Batterien 2030 aus dem Jahr 2010 wurden die technologischen Entwicklungen bei Lithium-Ionen-Batterien von der Material- und Komponentenebene bis hin zu Zelltypen sowie komplementären und konkurrierenden Technologien inhaltlich erfasst und für den Zeitraum bis 2030 abgeschätzt. Die Roadmap hat grundsätzlich hinsichtlich der Aussagen und Zeiträume auch bis 2015 ihre Gültigkeit behalten und ist nunmehr auf System und Anwendungsebene anschlussfähig gemacht und ausdifferenziert worden.

    Produkt-Roadmap Lithium-Ionen-Batterien 2030
    © Fraunhofer ISI / Heyko Stöber

    Produkt-Roadmap Lithium-Ionen-Batterien 2030

    Die Produkt-Roadmap Lithium-Ionen-Batterien 2030 aus dem Jahr 2012 zeigt für ein breites Spektrum von Anwendungen wie Elektro-Zweiräder, Hybrid- oder rein batterieelektrisch angetriebene Elektrofahrzeuge, Kleintransporter, Nutzfahrzeuge oder dezentrale und zentrale stationäre Anwendungen die potenziellen Anwendungsmöglichkeiten und jeweils spezifischen Anforderungen an Lithium-Ionen-Batterien. Die Roadmap gilt weiterhin und ist hinsichtlich ihres Anwendungsspektrums mit der »Gesamt-Roadmap Lithium-Ionen-Batterien 2030« nunmehr quantifiziert worden.

    Gesamt-Roadmap Energiespeicher für die Elektromobilität 2030
    © Fraunhofer ISI / Heyko Stöber

    Gesamt-Roadmap Energiespeicher für die Elektromobilität 2030

    Die Gesamt-Roadmap Energiespeicher für die Elektromobilität 2030 fokussiert BEV, PHEV und HEV. Gegenüber der Perspektive der Anforderungen an Elektrofahrzeuge und deren künftigen Entwicklung werden hier die konkreten Entwicklungspotenziale von Lithium-Ionen-Batterien und zukünftiger Generationen von elektrochemischen Energiespeichern beleuchtet. Damit verbindet die Roadmap die Technologie- und Produkt-Roadmap, indem die wahrscheinlichsten Entwicklungspfade von der Zell- und Systemebene bis in die Fahrzeugintegration aufgezeigt werden. Es werden Entwicklungen identifiziert, welche entsprechend für HEV, PHEV und BEV Potenziale aufweisen. Die Zeitpunkte, zu denen alle Anforderungen bzw. Herausforderungen technisch erreichbar sind und ein Technologiewechsel stattfinden könnte, werden identifiziert und detailliert diskutiert.

    Technologie-Roadmap Energiespeicher für die Elektromobilität 2030
    © Fraunhofer ISI / Heyko Stöber

    Technologie-Roadmap Energiespeicher für die Elektromobilität 2030

    In der Technologie-Roadmap Energiespeicher für die Elektromobilität 2030 aus dem Jahr 2012 werden wesentliche Entwicklungspfade zukünftiger Batteriesysteme sowie deren Leistungsdaten und Schlüsselparameter, wie insbesondere Lebensdauer, Qualität und Sicherheit, quantifiziert und plausibel dargestellt. Der Fokus der Roadmap liegt auf der Betrachtung zentraler Energiespeichertechnologien, welche für den Einsatz in Elektrofahrzeugen, genauer Plug-in Hybridfahrzeugen (PHEV) und rein batterieelektrisch angetriebener Elektrofahrzeuge (BEV) zukünftig als aussichtsreich gelten.

    Produkt-Roadmap Energiespeicher für die Elektromobilität 2030
    © Fraunhofer ISI / Heyko Stöber

    Produkt-Roadmap Energiespeicher für die Elektromobilität 2030

    Die Produkt-Roadmap Energiespeicher für die Elektromobilität 2030 berücksichtigt BEV, PHEV und HEV, allesamt als Innovationstreiber für die Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Batterie mit den höchsten Anforderungen insbesondere an Energiedichte und Kosten der Batterien. BEV stellen den mit Abstand wichtigsten Markt für Hochenergie-Lithium-Ionen-Batteriezellen dar. Gegenüber heute mehrheitlich kostenoptimierten Modellen zeigt die Roadmap einen Weg für eine reichweitenoptimierte und bezahlbare Elektromobilität für die kommenden 10 bis 20 Jahre auf. Dazu werden auch fördernde und hemmende Rahmenbedingungen in diesem Zeitraum identifiziert und diskutiert.

    Gesamt-Roadmap Stationäre Energiespeicher 2030
    © Fraunhofer ISI / Heyko Stöber

    Gesamt-Roadmap Stationäre Energiespeicher 2030

    In der Gesamt-Roadmap Stationäre Energiespeicher 2030 wird das Technologieangebot aus der Technologie-Roadmap ausgewählten Anwendungen bzw. Geschäftsmodellen aus der Produkt-Roadmap gegenübergestellt, in welchen die Lithium-Ionen-Batterie aktuell bzw. kurz- bis mittelfristig eingesetzt wird oder werden kann. Gegenüber der heute eingesetzten Referenztechnologie werden Substitutionsszenarien entwickelt, welche aufzeigen, wann eine alternative Technologie eine Verbesserung gegenüber dem jeweiligen Status quo erzielen. Betrachtet werden (1.) dezentrale, netzgekoppelte PV-Batteriesysteme zur Eigenbedarfsoptimierung, (2.) die Multi-purpose Eigenbedarfsoptimierung mit größeren Speichern gemeinsam mit dem Peak shaving sowie weiterhin (3.) die Direktvermarktung Erneuerbarer Energien (auf der Erzeugungs- bzw. Netzseite, z. B. in Inselnetzen) und (4.) die Regelleistung. Bei den betrachteten Technologien zeichnet sich ein differenziertes Bild ab, in welchem ganz unterschiedliche technische Lösungen attraktiv sind.

    Technologie-Roadmap Stationäre Energiespeicher 2030
    © Fraunhofer ISI / Heyko Stöber

    Technologie-Roadmap Stationäre Energiespeicher 2030

    Die Technologie-Roadmap Stationäre Energiespeicher 2030 betrachtet ausgehend von heutigen Referenztechnologien in acht Klassen von Speichergrößen und typischen Lade- und Entladezeiten, welche Technologieentwicklungen alternativ bis zum Jahr 2030 in Aussicht stehen. Hinsichtlich ihrer Eigenschaften werden mit der Blei-Säure-Batterie als Referenz, Lithium-basierten und Redox-Flow-Batterien drei Technologien zu drei verschiedenen Zeitpunkten (aktuell, kurzfristig und mittel-/langfristig) bewertet.

    Produkt-Roadmap Stationäre Energiespeicher 2030
    © Fraunhofer ISI / Heyko Stöber

    Produkt-Roadmap Stationäre Energiespeicher 2030

    Die Produkt-Roadmap stationäre Energiespeicher 2030 geht auf mögliche Anwendungen, Produkte bzw. Geschäftsmodelle für die in der Technologie-Roadmap dokumentierten Technologien ein und unterteilt dabei die Lokale (privat, gewerblicher Besitz), Verteilnetz- sowie Übertragungsnetzebene. Dazu werden Rahmenbedingungen diskutiert, welche fördernd für oder hemmend auf die Nachfrage nach elektrochemischen Energiespeichern wirken können. Anhand drei spezifischer Anwendungsfälle, (1.) der dezentralen, netzgekoppelten Photovoltaik (PV)-Batteriesysteme (On-Grid-PV) zur Eigenbedarfsoptimierung, (2.) der Eigenbedarfsoptimierung mit größeren Speichern (Campus/Gewerbe/Industrie) sowie (3.) dem industriellen Peak Shaving werden Anforderungen an die Leistungsparameter einer technischen Lösung identifiziert.

  • Entwicklungsperspektiven für Zellformate von Lithium-Ionen-Batterien in der Elektromobilität
    © Fraunhofer-Allianz Batterien

    Entwicklungsperspektiven für Zellformate von Lithium-Ionen-Batterien in der Elektromobilität

    Analyse von Entwicklungspotenzialen bzw. Optimierungsmöglichkeiten von zylindrischen-, Pouch- und prismatischen Zellen.

    VDMA Roadmap Batterie-Produktionsmittel 2030 – Update 2020
    © VDMA Batterieproduktion

    DMA Roadmap Batterieproduktionsmittel 2030 – Update 2020

    Die VDMA Roadmap Batterieproduktionsmittel 2030 adressiert die Weiterentwicklung der Produktionstechnik. Es werden zukünftige Anforderungen an den Batteriemaschinenbau diskutiert sowie Lösungsansätze des Maschinen- und Anlagenbaus formuliert. In insgesamt 14 Technologiekapiteln wurden Red Brick Walls identifiziert und entsprechend des aktuellen Stands der Technik diskutiert.

    Die Roadmap baut auf den 2014, 2016 und 2018 erschienenen Veröffentlichungen auf.

    VDMA Roadmap Batterie-Produktionsmittel 2030 – Update 2018
    © VDMA Batterieproduktion

    VDMA Roadmap Batterieproduktionsmittel 2030 – Update 2018

    Die VDMA Roadmap Batterieproduktionsmittel 2030 adressiert die Weiterentwicklung der Produktionstechnik. Es werden zukünftige Anforderungen an den Batteriemaschinenbau diskutiert sowie Lösungsansätze des Maschinen- und Anlagenbaus formuliert.

    Die Roadmap baut auf den 2014 und 2016 erschienenen Veröffentlichungen auf.

    © VDMA Batterieproduktion

    VDMA Roadmap Batterieproduktionsmittel 2030 – Update 2016

    Die VDMA Roadmap Batterieproduktionsmittel 2030 adressiert die Weiterentwicklung der Produktionstechnik. Es werden zukünftige Anforderungen an den Batteriemaschinenbau diskutiert sowie Lösungsansätze des Maschinen- und Anlagenbaus formuliert. In insgesamt 14 Technologiekapiteln wurden Red Brick Walls identifiziert und entsprechend des aktuellen Stands der Technik diskutiert.

    Die Roadmap baut auf die 2014 erschienene Veröffentlichung auf.

     

  • Berichterstattung 2021 zum Gesetz zur Bevorrechtigung der Verwendung elektrisch betriebener Fahrzeuge (EmoG)

    Berichterstattung 2021 zum Gesetz zur Bevorrechtigung der Verwendung elektrisch betriebener Fahrzeuge (EmoG)

    Die Berichterstattung zum Elektromobilitätsgesetz (EmoG) begleitet das durch die deutsche Bundesregierung erlassene „Gesetz zur Bevorrechtigung der Verwendung elektrisch betriebener Fahrzeuge“ (kurz Elektromobilitätsgesetz bzw. EmoG). Dabei zeigt der Bericht Hintergründe des Gesetzes auf, verweist auf den Status Quo von Elektromobilität in Deutschland und diskutiert die konkrete Umsetzung sowie Handlungsempfehlungen für die Zukunft.

    Energiespeicher-Monitoring 2018
    © Fraunhofer ISI / Heyko Stöber

    Energiespeicher-Monitoring 2018

    Das Update der Energiespeicher-Monitoring-Studie 2018 zeigt: China hat sich zwischen 2016 und 2018 zum Leitanbieter für Batterien und zum Leitmarkt für Batterien und Elektromobilität entwickelt.

     

    Energiespeicher-Monitoring 2016
    © Fraunhofer ISI / Heyko Stöber

    Energiespeicher-Monitoring 2016

    Das Energiespeicher-Monitoring-Update 2016 umfasst 30 Einzelindikatoren verteilt auf die Kategorien Nachfrage, Marktstrukturen, Industrie sowie Forschung und Technologie. Das Energiespeicher-Monitoring 2016 ist somit direkt mit dem Energiespeicher-Monitoring 2014 vergleichbar.

    Energiespeicher-Monitoring 2014
    © Fraunhofer ISI / Heyko Stöber

    Energiespeicher-Monitoring 2014

    Das Energiespeicher-Monitoring 2014 umfasst 30 Einzelindikatoren verteilt auf die Kategorien Nachfrage, Marktstrukturen, Industrie sowie Forschung und Technologie.

  • Recycling von Lithium-Ionen-Batterien: Chancen und Herausforderungen für den Maschinen- und Anlagenbau
    © IMPULS-Stiftung

    Recycling von Lithium-Ionen-Batterien

    Die vorliegende Studie Recycling von Lithium-Ionen-Batterien: Chancen und Herausforderungen für den Maschinen- und Anlagenbau zielt auf die Quantifizierung dieser sekundären Effekte einer europäischen Recyclingindustrie. Dazu wurde ein Marktmodell des Fraunhofer ISI genutzt, um Prognosen für das Wachstum eines europäischen Batterierecyclingmarktes abzuleiten. Die Effekte für den Maschinen- und Anlagenbau wurden auf Grundlage von Interviewergebnissen mit Batterierecycling- und Anlagenexperten quantifiziert.

    Batteriestandort auf Klimakurs
    © Agora Verkehrswende

    Batteriestandort auf Klimakurs

    Inhalt sind die "Perspektiven einer klimaneutralen Batterieproduktion für Elektromobilität in Deutschland". Dabei wird versucht, trotz schlechter Datenverfügbarkeit, ein möglichst umfangreiches Bild über die Produktionsprozesse bei der Zellherstellung zu geben.

Projekte und Referenzen

Zu unseren Kunden zählen nationale und internationale Unternehmen aus den Bereichen Material- und Bauteilherstellung, Anlagenbau, Zellproduktion, Batterieanwendung sowie Recycling.

Im Rahmen von öffentlich geförderten Forschungsprojekten arbeiten wir für Bundesministerien wie das Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF, das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz BMWK, das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur BMVI oder für Einrichtungen der Europäischen Kommission.

Presse- und Medienauftritte