Batterie-Update des Fraunhofer ISI

Die weltweit steigende Nachfrage nach Batterien wird derzeit zum Großteil durch Lithium-Ionen-Batterien gedeckt. Aufgrund von geopolitischen Abhängigkeiten und Ressourcenverfügbarkeiten geraten allerdings zunehmend alternative Batterietechnologien in den Fokus. Welche Alternativen zur Lithium-Ionen-Batterie können die steigende Nachfrage bedienen, die Rohstoffsituation entspannen und geopolitische Abhängigkeiten verringern? Wie können Lieferketten so aufgebaut werden, dass in Europa ein resilientes und technologiesouveränes Batterie-Ökosystem entstehen kann? Und welche Rolle spielen Natrium-Ionen-Batterien, die in Asien bereits in Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommen?

Feststoffbatterien gelten als vielversprechende Weiterentwicklung von Lithium-Ionen-Batterien. Unterschiedliche Materialien stehen dabei für die verschiedenen Komponenten zur Auswahl. Welche könnten in Zukunft in (hybriden) Zellkonzepten erfolgreich kommerzialisiert werden?

Von der Rohstoffproduktion für Batterien über den Batteriemarkt selbst bis hin zum Recycling zeigt ein neues Webtool relevante Daten aus der gesamten Batterieindustrie.

Die Preise für wichtige Batterierohstoffe waren in den vergangenen zwei Jahren enormen Schwankungen unterlegen und haben dem Trend sinkender Batteriezellkosten ein – zumindest vorübergehendes – Ende gesetzt. In diesem Beitrag seines Batterie-Updates zeigt das Fraunhofer ISI, welche Rolle die Ausgestaltung von Lieferverträgen bei der Preisgestaltung spielt und wie sich die Veränderungen bei den Rohmaterialpreisen auf die Kosten unterschiedlicher Lithium-Ionen-Batterietechnologien auswirken.

Der Bedarf an Recycling-Kapazitäten für Lithium-Ionen-Batterien steigt. Wie Europa ihm begegnen wird – und welche Unternehmen an welchen Standorten investieren.

Die Kathode ist eine zentrale Komponente einer Lithium-Ionen Batteriezelle und beeinflusst maßgeblich deren Kosten, Energiedichte – also relative Speicherfähigkeit –, und Sicherheit. Bei der Wahl der Kathodenaktivmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien dominieren aktuell zwei Materialien: Lithiumeisenphosphat (LFP), das verhältnismäßig kostengünstig ist, und Nickel-Mangan-Kobalt (NMC) bzw. Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid (NCA), welche durch eine höhere Energiedichte, also Speicherfähigkeit von elektrischer Energie, im Markt überzeugen. Unsere Analyse zeigt, wo auf der Welt bis wann wie viel von welchem Kathodenmaterial in der Batterieproduktion zum Einsatz kommen wird.

Tesla gibt den Startschuss für ein neues Rundzellformat und setzt damit einen Trend, der auch von anderen Zellherstellern und Fahrzeugherstellern aufgegriffen wird.

Im Rahmen des Forschungsprojekts »BetterBat« wurde eine Open-Source-Zelldatenbank für Lithium-Ionen-Batterien und deren technische Spezifikationen veröffentlicht. Die Datenbank enthält bereits mehr als 300 verschiedene Zelltypen verschiedener Hersteller und wird kontinuierlich aktualisiert. Industrie und Forschungseinrichtungen können die Datenbank als Benchmark frei nutzen.

Es ist bekannt, dass ein Großteil der Batteriezellfertigung in Asien stattfindet, genauer in China, Korea und Japan. Oft geht aber unter, dass diese Marktvorherrschaft bei vorgelagerten Produktionsschritten der Batterieherstellung noch deutlicher ist. Mehr als 90 Prozent der Hauptausgangsmaterialien einer Batteriezelle (also Anode, Kathode, Separator und Elektrolyt) kommen aus diesen drei Ländern.

Aktuell werden jährlich ungefähr 50 Kilotonnen Altbatterien in Europa recycelt. Die Menge zu recycelnder Batterien wird in den kommenden Jahren kontinuierlich zunehmen – und auch die Herkunft dieser Batterien verändert sich.

In den vergangenen Jahren wurde in Europa eine Vielzahl von Batteriezellfabriken angekündigt und bis heute nimmt die Dynamik nicht ab. Erst kürzlich haben die neuen Pläne der beiden chinesischen Zellhersteller CALB in Portugal und CATL in Ungarn die insgesamt in Europa angekündigten maximalen Zellproduktionskapazitäten – also die Gesamtkapazität der Batteriezellen, die produziert würden, wenn alle angekündigten Fabriken in dem vorgesehenen Zeitplan aufgebaut und bei maximaler Auslastung betrieben würden – auf bis zu 1.7 TWh bis zum Jahr 2030 erhöht.

Die Fraunhofer-Institute ICT, IPA, ISI und die Fraunhofer-Einrichtung FFB haben eine Studie zur Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterie-Zellformaten vorgelegt. Darin werden die wichtigsten Trends zu Batterie-Chemie, Zellformaten, Zellproduktion und Sicherheit betrachtet und den Anforderungen verschiedener Batterieanwendungen gegenübergestellt. Besonderes Augenmerk liegt auf den Ankündigungen der Automobilhersteller, z.B. zu großformatigen Zellen.

Die weltweiten Absatzzahlen auf dem Markt der Elektroautos entwickeln sich deutlich in eine Richtung: nach oben. Eine Analyse der einzelnen Modelle und Länder zeigt individuelle Unterschiede. Zudem ist bereits eine Prognose für das Jahr 2022 möglich.

Das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI startet sein Batterie-Update: ein neues Blogformat, in dem Wissenschaftler:innen Kernergebnisse aus ihrer aktuellen Batterieforschung präsentieren. Zudem dient der Blog als Plattform, auf der aktuelle Themen rund um die Batteriewertschöpfungskette begleitet und diskutiert werden.