Anlässlich des Internationalen Batterietags gibt Aiways Einblick in aktuelle Batterietrends

Der jährliche Bedarf an Batterie-Kapazität wird bis 2030 auf 4.500 GWh pro Jahr steigen

Mit dem Übergang zur Elektromobilität steigt die Nachfrage nach Batterien auf den wichtigsten Automobilmärkten weltweit sprunghaft an. Die prognostizierten Wachstumsraten bleiben sehr hoch, mit vielen Herausforderungen, die sich deutlich in einzelnen Trends widerspiegeln.

Anlässlich des Internationalen Batterietags gibt Aiways Einblick in aktuelle Batterietrends. „In diesem Jahr jährt sich die Batterie zum 222. Mal, und es ist bemerkenswert, wie viel Technologie sich in dieser Zeit weiterentwickelt hat. Sie hat die Welt, in der wir leben, geprägt“, erklärt Dr. Alexander Klose, Executive Vice President International Operations, Airways. „Einst von Alessandro Volta erfunden und über die Jahrhunderte weiterentwickelt, hat es in den letzten Jahrzehnten einige sehr beeindruckende Entwicklungsschritte durchlaufen und die Art und Weise, wie wir über mobile Energiespeicher denken, revolutioniert. Und das Tempo wird sich noch weiter beschleunigen.“

Bis 2030 wird die weltweite Nachfrage nach Batterien voraussichtlich um fast 30 % wachsen und sich 4.500 Gigawattstunden (GWh) pro Jahr nähern, und die Batterie-Wertschöpfungskette soll sich zwischen 2020 und 2030 verzehnfachen. Allein im Bereich der Batterieherstellung soll der Jahresumsatz auf 410 Milliarden US-Dollar steigen

Trend 1: Verbesserung der Leistung aktueller Lithium-Ionen-Batterien

Die Forschung entwickelt derzeit neue Materialien und Zusammensetzungen, um die Energiedichte von Batterien weiter zu verbessern. Das ultimative Ziel ist es, die in einer gegebenen Batteriekapazität gespeicherte Energiemenge zu erhöhen. Dadurch kann die Batterie kompakter und leichter gebaut werden, wodurch sie effizienter genutzt werden kann. Ein weiterer Punkt der Neuentwicklung zielt ebenfalls darauf ab, die Lade- und Entladegeschwindigkeit der Batterie zu verbessern. Dies ermöglicht ein schnelleres Laden und Entladen ohne Leistungseinbußen. Moderne Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (NMC)-Batterien, jetzt in der dritten Generation, sind leistungsfähiger denn je, trotz der immer geringer werdenden Mangan- und Kobaltanteile. Der Ersatz teurer Rohstoffe ist eines der obersten Entwicklungsziele

Trend Nr. 2: Neue und erschwingliche Zellchemie mit bedarfsgerechter Leistung

Damit Elektrofahrzeuge (BEV) ohne Subventionen mit Verbrennungsmotoren (ICE) konkurrieren können, muss der Preis für Batteriepakete um 100 Euro/kWh gegenüber heute (Stand 2021) rund 130 Euro/kWh sinken unter. Die erhöhte Nachfrage in den letzten Jahren und weltweite Beschaffungsprobleme haben die Rohstoffsituation verschlechtert. Daher wurden sowohl von Herstellern als auch von Zulieferern strategische Initiativen zur Erforschung neuer chemischer und technologischer Lösungen initiiert. Der Forschungsfokus liegt hauptsächlich auf manganreichen, kobaltfreien Alternativkathoden wie LMFP, NMx und LNMO. Lithium-Eisen-Phosphat (LFP)-basierte Batterien hingegen sind bereits auf dem Massenmarkt. Trotz der geringen Energiedichte überzeugen vor allem die lange Lebensdauer und die deutlich geringeren Kosten. Darüber hinaus haben jüngste technologische Fortschritte wie Cell-to-Pack (CTP), strukturelle Batteriepacks und die Verwendung großer Zellen den Nachteil der geringen Energiedichte von LFPs wirksam gemildert.

Trend Nr. 3: Recycling und Second Life

Da die Nachfrage steigt und BEV-Fahrzeuge altern, wird das Recycling und die Wiederverwendung von Batterien immer wichtiger. Einige Länder planen bereits Regelungen zum Recycling von Altbatterien. In diesem Zusammenhang geht die Europäische Union (EU) davon aus, dass bis 2030 4 % aller neuen Lithiumbatterien, die in der EU hergestellt werden, aus recycelten Materialien hergestellt werden sollten. Ziel ist es, diesen Anteil bis 2035 auf 10 % zu steigern. Um dieser Herausforderung zu begegnen, haben sich drei potenzielle Wege am Ende des Lebenszyklus herauskristallisiert. Die erste und einfachste Möglichkeit besteht darin, den ausgefallenen Akku zu reparieren und weiter zu verwenden. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, die alte Batterie für sekundäre Zwecke zu verwenden, z. B. als Netz- oder Heimspeicherbatterie. Eine dritte Möglichkeit besteht darin, recycelte Batteriematerialien als Rohstoffe für die Herstellung neuer Batterien zu verwenden. Dies verringert den Nachfragedruck auf wichtige Rohstoffe und reduziert den gesamten Ressourcen-Fußabdruck der Batterie erheblich.

Trend Nr. 4: Kürzere Ladephasen führen zu höheren Spannungsniveaus

Limitierender Faktor beim Ladevorgang ist neben dem Leistungsbedarf von Elektrofahrzeugen der maximale Stromfluss. Sie kann nicht beliebig erhöht werden, da sie den elektrischen Widerstand erhöht und die Temperatur des leitfähigen Materials erhöht. Eine weitere Leistungssteigerung ist nur mit einer Spannungserhöhung möglich. So kann ein 800-Volt-Batteriesystem im Vergleich zu einem 400-Volt-System mit der gleichen Stromstärke mit der doppelten Leistung geladen werden. Dies kann einerseits das Reisen auf langen Strecken komfortabler machen, eröffnet andererseits aber auch neue Anwendungsmöglichkeiten für Batteriesysteme mit geringer Stromabgabekapazität. All-Solid-State-Batterien, sogenannte All-Solid-State-Batterien, haben sehr geringe Leistungsdichten, da der Elektrolyt aus festen Materialien und nicht aus Flüssigkeiten besteht und derzeit nur eine begrenzte Fähigkeit hat, Strom zu führen. Je höher der Spannungspegel, desto besser ist hier die Leistung.