Die Entwicklung von Batterien für Elektrofahrzeuge ist weltweit ein Schwerpunkt der Forschung und Entwicklung. Aktuell dominieren Lithium-Ionen-Batterien mit einer Zellchemie aus Nickel, Mangan und Kobalt den Elektroautomarkt. Allerdings gibt es auch vielversprechende Alternativen, wie die Lithium-Eisenphosphat-Zellen. Das Fraunhofer Institute for Systems and Innovation Research ISI hat in einer Studie analysiert, mit welchen Zellchemien in Zukunft zu rechnen ist und welche Auswirkungen das haben wird.
Die ideale Batteriezelle
Die ideale Batteriezelle zeichnet sich durch Robustheit, hohe Zyklusfestigkeit, langanhaltende Haltbarkeit, hohe Energiedichte (sowohl volumetrisch als auch gravimetrisch) sowie durch die Verwendung günstiger und leicht verfügbarer Rohstoffe aus. Es wird deutlich, dass diese Anforderungen nur in einem Kompromiss erreicht werden können. Zukünftige Materialzusammensetzungen und technologische Entwicklungen versprechen jedoch erhebliche Fortschritte bei der Energiedichte und den Kosten. Das Fraunhofer ISI hat prognostiziert, welche Entwicklungen zwischen 2025 und 2035 zu erwarten sind.
Kostenverschiebungen und Skaleneffekte
Das Fraunhofer ISI geht davon aus, dass es in Zukunft massive Verschiebungen bei den Kosten geben könnte. Diese hängen auch von Skaleneffekten ab. Durch massenhafte Fertigung mit einem geeigneten Materialmix können die Fertigungskosten drastisch gesenkt werden. Die Preisentwicklung wird jedoch auch stark von den Rohstoffpreisen beeinflusst. Das Fraunhofer ISI erwartet, dass Technologien mit Kostenvorteilen oder einer hohen Verfügbarkeit von Ressourcen gute Chancen haben. Zink-basierte Zellen und Zellen mit Natrium und Magnesium könnten davon profitieren.
Anwendungsbereiche der verschiedenen Technologien
Das Fraunhofer ISI geht davon aus, dass Natrium-Ionen-Batterien vor allem in Kleinwagen, Zwei- und Dreirädern zum Einsatz kommen werden. Dadurch könnte Konkurrenz für die Lithium-Eisenphosphat-Zellen entstehen. Beide Zellchemien gelten als robust, zyklenfest und potenziell kostengünstig in der Herstellung. Aufgrund ihrer höheren Energiedichte könnten auch Magnesium-Ionen-Batterien eine Chance haben, allerdings erst ab 2040 in größerem Umfang.
Abhängigkeit von Rohstoffen
Die Abhängigkeit von Rohstoffen ist eine zentrale Frage bei der Auswahl der Zellchemie. Batterien, die nicht auf den aktuellen Mix aus Nickel, Mangan und Kobalt setzen, haben langfristig gute Aussichten. In den nächsten 5 bis 10 Jahren wird die Versorgung mit Nickel, Mangan und Kobalt laut Fraunhofer Institut kritisch bleiben. Dies könnte jedoch ein entscheidender Faktor sein, der die Entwicklung einer Alternative zur NMC-Zelle beschleunigt. Aktuell haben diese Konkurrenz-Technologien meist eine geringere Energiedichte, was bedeutet, dass mehr Rohstoffe für die gleiche Energiemenge benötigt werden.
Zukunftsaussichten für Elektroautos
In den nächsten Jahren werden voraussichtlich drei Technologien für Traktionsbatterien in Elektroautos zum Einsatz kommen. Vorläufig werden Lithium-Ionen-Batterien mit NMC-Zellen dominieren. In den letzten Jahren ist der Anteil von Kobalt und Mangan prozentual gesunken. Nickel hatte im letzten Jahr einen Preisboom nach dem russischen Überfall, danach sank der Preis, allerdings nicht auf das Niveau vor dem Krieg. Solche Veränderungen auf dem Rohstoffmarkt haben große Auswirkungen auf die Preise von Elektroautos. Die Batterie ist das teuerste Komponente. Deshalb haben Lithium-Eisenphosphat-Zellen mittelfristig gute Chancen. Wie schnell Natrium-Ionen-Batterien eine Konkurrenz werden, ist umstritten. Eine konservative Schätzung geht davon aus, dass bis 2030 nur drei Prozent aller neuen Elektroautos mit Natrium-basierten Batterien unterwegs sein werden. Mit einem prognostizierten Preis von unter 40 Euro pro Kilowattstunde Energiegehalt gibt es jedoch einen starken Anreiz für die Industrie, Ressourcen in diese Technologie zu investieren. Denn Kunden erwarten Elektroautos, die weniger kosten und eine größere Reichweite haben als bisher.
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