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MagyarAiways: E-Auto Batterie-Trends 2023
Hättet ihr es gewusst? Bereits im Jahr 1800 hat Alessandro Volta die erste Batterie als Voltasche Säule vorgestellt, die aus dünnen Scheiben aus Kupfer und Zink, getrennt durch in Salzwasser eingelegte Pappe bestand. 1801 durfte Volta seine Batterie-Erfindung dann Napoleon vorführen. Bis heute haben die mobile Energiespeicher eine revolutionäre Entwicklung hinter sich.
Der chinesische E-Autohersteller Aiways schätzt, dass die weltweite Nachfrage nach Batterien bis zum Jahr 2030 voraussichtlich um etwa 30 Prozent steigen und sich damit 4.500 Gigawattstunden pro Jahr (GWh) nähern wird. Die Wertschöpfungskette für Batterien soll zwischen 2020 und 2030 voraussichtlich um das Zehnfache wachsen. Es wird erwartet, dass der jährliche Umsatz allein im Umfeld der Batterie-Fertigung auf bis zu 410 Milliarden Dollar ansteigt.
Als die vier wichtigsten Trends für das laufende Jahr 2023 sieht Aiways eine weitere Leistungssteigerung bei der aktuellen Lithium-Ionen-Akkutechnik, Umstieg der Batteriehersteller auf neue und günstigere Zellchemie, Akkusysteme mit höherer Spannung für kürzere Ladezeiten sowie Recycling und Wiederverwendung von Altbatterien. Aiways nennt folgende Top-Techniktrends für E-Autobatterien im Überblick:
Trend 1: Performance-Steigerung der aktuellen Lithium-Ionen-Batterien
Hersteller und Forscher arbeiten mit Hochdruck an neuartigen Materialien und Zusammensetzungen, um die Energiedichte der E-Autobatterien noch weiter zu verbessern. Oberstes Ziel ist es die Speicherung der Energiemenge für ein vorgegebenes Batterievolumen zu erhöhen. Damit kann die Batterie kompakter und leichter ausgeführt und damit effizienter eingesetzt werden.
Ein weiteres Ziel der Neuentwicklung ist es, die Lade- und Entladeraten von E-Autoakkus zu verbessern, was ein schnelleres Laden und Entladen ohne Leistungseinbußen ermöglichen wird. Moderne Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (NMC) Batterien sind in ihrer nun dritten Generation so leistungsfähig wie nie zuvor und das trotz steter Verringerung der Anteile an Mangan und Kobalt. Eines der obersten Entwicklungsziele bleibt die Substitution der teuren Rohstoffe.
Trend 2: Neue und günstigere Zellchemien für bedarfsgerechter Leistung
Damit elektrisch angetriebene Fahrzeuge (BEV) ohne Subventionen mit Verbrennungsmotoren (ICE) konkurrieren können, muss der Preis für Batteriepacks deutlich unter 100 Euro/kWh fallen. Laut BloombergNEF lag der Preis für Batteriepakete in Elektroautos bei etwa 130 Euro/kWh. Auf Zellebene betrug der Preis etwa 108 Euro pro kWh. Branchenexperten rechnen mit einer weiter stark steigenden Nachfrage und steigenden Batteriepreisen bis 2024.
Hersteller und Forschung arbeiten daher an neuen chemischen und technologischen Lösungen für E-Autoakkus. Der Forschungsschwerpunkt liegt vor allem auf alternativen Kathoden, die reich an Mangan sind und kein Kobalt benötigen, wie LMFP, NMx und LNMO. Lithium-Eisenphosphat (LFP) basierte Batterien sind hingegen schon im Massenmarkt angekommen. Trotz ihrer geringeren Energiedichte überzeugen hier vor allem die lange Lebensdauer und die deutlich geringeren Kosten. Darüber hinaus werden durch die jüngsten technologischen Fortschritte wie Cell-to-Pack (CTP), strukturelle Batteriepacks und die Verwendung großformatiger Zellen die Nachteile der geringeren Energiedichte von LFP wirksam gemildert.
Trend 3: Höhere Spannungen für kürzere Ladephasen
Ein begrenzender Faktor bei Leistungsabruf und Ladevorgang von E-Autos ist der maximale Stromfluss. Wegen steigendem elektrischen Widerstand und steigender Temperatur des leitenden Materials können diese nicht beliebig erhöht werden. Eine weitere Steigerung der Leistung lässt sich der Erhöhung der Spannung erreichen. 800-Volt-Batteriesysteme sind in der Lage, bei gleicher Stromstärke mit doppelter Leistung im Vergleich zu 400-Volt-Systemen zu laden.
Festkörper-Batterien, sogenannte Solide-State-Batterien, deren Elektrolyt nicht flüssig ist, sondern aus festem Material besteht, weisen im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien noch eine deutlich geringere Leistungsdichte auf. Vor allem die niedrigere Stromstärke bei Laden und Entladen stellen Forscher und Entwickler von Festkörperbatterien vor Herausforderungen. Ein höheres Spannungsniveau kann auch hier für gesteigerte Leistungsfähigkeit sorgen.
Trend 4: Recycling und Wiederverwendung (Second-Life)
Mit der steigenden Nachfrage und einer alternden BEV-Flotte gewinnt das Recycling und die Wiederverwendung von Batterien zunehmend an Bedeutung. Einige Länder haben bereits Vorschriften für das Recycling von Altbatterien in Planung. In der Europäischen Union (EU) wird diesbezüglich erwogen, dass 4 % aller in der EU hergestellten neuen Lithiumbatterien bis 2030 aus recycelten Materialien hergestellt werden müssen. Ziel ist es, diesen Prozentsatz bis 2035 auf 10 % zu erhöhen.
Zur Bewältigung dieser Herausforderung sind drei Wege am Ende des Batterie-Lebenszyklus vielversprechend: Die erste und einfachste Option ist die Reparatur schadhafter Akkus für den weiteren Einsatz. Die zweite Option ist die Nutzung gealterter Batterien in der Zweitverwendung, etwa als Netz- oder Heimspeicher. Die dritte Option besteht darin, recycelte Batteriematerialien als Ausgangsmaterial für die Herstellung neuer Batterien zu verwenden. Dies würde den Nachfragedruck auf wichtige Rohstoffe verringern und den gesamten Ressourcen-Fußabdruck von Batterien deutlich reduzieren.
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