Neue Trends bei globalen Innovationen im Bereich der Leistungsbatterien

Weltweit wetteifern die Länder darum, Batteriematerialien und -strukturen iterativ zu optimieren, um bis 2025 die Entwicklung einer neuen Generation von leistungsstarken und kostengünstigen Antriebsbatterien zu erreichen.

Bei Elektrodenmaterialien geht der Trend zur Steigerung der Energiedichte und Kostensenkung von Antriebsbatterien vor allem in Richtung eines reduzierten Kobalt- und eines erhöhten Nickelanteils in den Rohstoffen. Hintergrund ist der Konflikt zwischen Ressourcenknappheit und steigender Nachfrage. Führende Hersteller von Antriebsbatterien wie Panasonic, LG und CATL konzentrieren sich daher auf kobaltarme und kobaltfreie Batterien als nächste Generation der Antriebsbatterieentwicklung. Die zunehmende Nachfrage nach hoher Energiedichte aufgrund der fortschreitenden Elektrifizierung treibt die Entwicklung höherer Kapazitätsgrenzen für Lithium-Ionen-Graphit-Anodenmaterialien voran. Die Kombination von Silizium-Kohlenstoff-Anoden mit hoch-nickelhaltigen ternären Materialien etabliert sich als vielversprechender Entwicklungstrend.

Im Hinblick auf die Batteriemontage nutzen herkömmliche Modulkonfigurationen nur etwa 40 % des verfügbaren Platzes. Der Schwerpunkt für die Optimierung von Batteriestrukturen liegt daher auf integrierten und effizienten Zell-, Modul- und Gehäuseverfahren. Techniken wie die direkte Integration von Zellen in Batteriepacks (CTP-Technologie) oder die Integration von Batteriegehäusen in die Fahrzeugkarosserie (CTC-Technologie) etablieren sich als Optimierungsstrategien.

Die Diversifizierung der Technologiewege für Leistungsbatterien dürfte bis 2030 zu einer breiten Anwendung von Festkörperbatterien führen.

Natriumionenbatterien befinden sich derzeit in der frühen Phase ihrer Kommerzialisierung, stoßen jedoch aufgrund ihrer begrenzten Energiedichte an ihre Grenzen. Bis 2030 werden sie voraussichtlich Lithiumionenbatterien ergänzen und in der Energiespeicherung sowie in preissensiblen Elektrofahrzeugen mit niedriger Geschwindigkeit Anwendung finden. Die Entwicklung der Festkörperbatterietechnologie schreitet rasant voran. Batterien der nächsten Generation, wie beispielsweise Festkörperbatterien mit 500 Wattstunden pro Kilogramm und Lithium-Schwefel-Batterien, werden voraussichtlich um 2030 in großem Umfang auf den Markt kommen. Die laufende Forschung an leistungsstarken Metall-Luft-Batterien und kostengünstigen Metall-Wasserstoff-Batterien dürfte nach 2030 zu bahnbrechenden Anwendungen führen.

Es wird erwartet, dass Bemühungen im Bereich des Recyclings von Antriebsbatterien und des umfassenden Lebenszyklusmanagements in Zukunft neue technologische Hürden darstellen werden.

Die Europäische Union hat den Neuen Batteriegesetz und die Neue Batteriestrategie-Forschungs- und Innovationsagenda verabschiedet und damit eine „grüne Schwelle“ für Antriebsbatterien festgelegt. Die strategischen und CO₂-Hürden für Antriebsbatterien dürften steigen, was die zunehmende Bedeutung des Batterierecyclings mit seinen strategischen Vorteilen und der Reduzierung von CO₂-Emissionen unterstreicht. Die EU hat explizit festgelegt, dass die durchschnittlichen Rückgewinnungsraten für Kobalt, Nickel und Kupfer bis 2031 95 % und für Lithium 80 % erreichen müssen. Die Umsetzung der „grünen Schwelle“ soll die Entwicklung von Technologien für das Batterierecycling und die Batterienutzung im Bereich der erneuerbaren Energien beschleunigen. Darüber hinaus wird die Einführung von „Batteriepässen“ den Datenaustausch und die Konvergenz von Batteriemanagementmodellen erleichtern und so die Transparenz und Rückverfolgbarkeit des Lebenszyklusdatenmanagements von Antriebsbatterien verbessern.

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