Battery research at Fraunhofer ISI

Fraunhofer ISI has been active in the field of battery technologies for over ten years. The technological focus of our battery activities is on lithium-ion batteries. However, also alternative battery chemistries and systems that could reach market maturity in the next few years are continuously monitored and analysed.

Fraunhofer ISI's research questions in the field of batteries range from the evaluation of research and development of new battery technologies in the laboratory to suitable funding strategies, technology commercialisation, industrial production, use and finally end-of-life treatment.

Fields of work

Market analysis and forecasts

Technology roadmapping and benchmarking

Publications

Projects and references

Press and media appearances

Market analysis and forecasts

The description and analysis of battery markets has been one of our major research areas for more than ten years. In doing so, we do not only track emerging markets, but also assess and forecast their future development using our methodological toolbox.

We run a comprehensive database covering the entire LIB value chain from materials to applications and recycling. To maintain and improve our database, we continuously track supply chains and actor networks all the way to regional sales markets for all major battery applications.

Our data basis allows us to address macro economic research questions concerning e.g. global resource availability or investment flows as well as to develop and benchmark business models targeting specific industries and market segments.

For more information, check our latest publications.

Technology roadmapping and benchmarking

New technologies and innovations are created at the interface between research and industry and thus exactly at the place we are at home. Thanks to our good networking in the European research scene and with many medium-sized and large international companies, we not only succeed in picking up on technology trends, but also in evaluating them against application and market requirements at the same time.

To this end, we regularly organize technology- and application-specific expert workshops or apply our mathematical models to calculate the effects of technological developments or substitutes at the material, battery cell or system level.

Our technology roadmaps, which were developed within the framework of BMBF funding, can be found in the publications section.

Publications

  • Energiespeicher-Roadmap 2017
    © Fraunhofer ISI / Heyko Stöber

    Solid-State Battery Roadmap 2035+

    The Solid-State Battery Roadmap 2035+ considers a wide range of aspects from the individual materials, components and cells through to their utilization. It critically evaluates existing research as well as the latest findings and compares the development potential of solid-state batteries over the next ten years with that of established lithium-ion batteries. The roadmap demonstrates that solid-state batteries have a lot of potential, but will have to prove their commercial viability in the next five years.

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

    Reporting 2021 on the Law to Prioritize the Use of Electrically Powered Vehicles

    The Reporting on the Electric Mobility Act (Berichterstattung zum Elektromobilitätsgesetz) accompanies the “Law to prioritize the use of electrically powered vehicles” (Gesetz zur Bevorrechtigung der Verwendung elektrisch betriebener Fahrzeuge) – in short form Electric Mobility Act – enacted by the Federal Government of Germany. The report explains the background of the law, refers to the status quo of electric mobility in Germany and discusses the concrete implementation of the law as well as recommendations for the future.

  • Energiespeicher-Roadmap 2017
    © Fraunhofer ISI / Heyko Stöber

    Solid-State Battery Roadmap 2035+

    The Solid-State Battery Roadmap 2035+ considers a wide range of aspects from the individual materials, components and cells through to their utilization. It critically evaluates existing research as well as the latest findings and compares the development potential of solid-state batteries over the next ten years with that of established lithium-ion batteries. The roadmap demonstrates that solid-state batteries have a lot of potential, but will have to prove their commercial viability in the next five years.

    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. Das breite Spektrum heutiger und sich künftig entwickelnder Geschäftsmodelle und Marktsegmente wird bis ins Jahr 2030 quantifiziert. 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 auf 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. Nach Definition der Mindestanforderungen der Fahrzeuge an einzelne Leistungsparameter der Batterien werden diejenigen technischen Entwicklungen identifiziert, welche für HEV, PHEV und BEV Potenziale aufweisen. Die Zeitpunkte, wann 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 und somit in der jeweiligen Anwendung eingesetzt werden und sich etablieren kann. 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. Der Abgleich zwischen dem Technologieangebot unter Berücksichtigung der erwarteten Entwicklungspotenziale mit den anwendungsspezifischen Anforderungen ergibt ein differenziertes Bild, 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.

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

    Reporting 2021 on the Law to Prioritize the Use of Electrically Powered Vehicles

    The Reporting on the Electric Mobility Act (Berichterstattung zum Elektromobilitätsgesetz) accompanies the “Law to prioritize the use of electrically powered vehicles” (Gesetz zur Bevorrechtigung der Verwendung elektrisch betriebener Fahrzeuge) – in short form Electric Mobility Act – enacted by the Federal Government of Germany. The report explains the background of the law, refers to the status quo of electric mobility in Germany and discusses the concrete implementation of the law as well as recommendations for the future.

    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.

Projects and references

Our customers include national and international companies from the fields of materials and component manufacturing, plant engineering, cell production and battery application.

Within the framework of publicly funded research projects, we work for federal ministries such as the Federal Ministry of Education and Research BMBF, Federal Ministry for Economic Affairs and Energy BMWi, Federal Ministry of Transport and Digital Infrastructure BMVI or for bodies of the European Commission.

Press and media appearances