Das rasche Wachstum des Marktes für Elektrofahrzeuge hat die Entwicklung, Herstellung und den Verkauf von Batterien, insbesondere von Lithium-Ionen-Batterien, vorangetrieben, die die Batterieindustrie seit einem Jahrzehnt dominieren. Aufgrund von Leistungseinschränkungen, Umweltschutz und Überlegungen zur Lieferkette wird jedoch ständig an Technologien zur Energiespeicherung der nächsten Generation geforscht. Unter all diesen Optionen haben die populären Diskussionen über Festkörperbatterien sowohl in der Wissenschaft als auch in der Industrie zu Anstrengungen geführt. Festkörperbatterien haben die meiste Aufmerksamkeit von Forschungsinstituten, Materiallieferanten, Batterieanbietern, Komponentenlieferanten, Automobilherstellern, Risikokapitalgebern und Investoren auf sich gezogen. Auch die Zahl der Akteure, die weltweit an Festkörperbatterien arbeiten, steigt.

 

 

 

Festkörperbatterien gelten als der "heilige Gral", da ihnen viele Vorteile zugeschrieben werden. Zu diesen Vorteilen gehören bessere Sicherheit, höhere Energiedichte, längere Zyklenlebensdauer, längere Haltbarkeit, größerer Betriebstemperaturbereich, enge Stapelung, vereinfachte Batteriekonstruktion, mögliche flexible mechanische Eigenschaften und vieles mehr.

 

 

So werden bei Festkörperbatterien organische Flüssigelektrolyte durch Festkörperelektrolyte ersetzt, was sicherere und langlebigere Batterien ermöglicht. Darüber hinaus können Festkörperelektrolyte mit Hochspannungskathodenmaterialien und Lithium-Metall-Anoden mit hoher Kapazität kombiniert werden. Es ist möglich, die Energiedichte auf über 1.000 Wh/L zu steigern.

 

Die meisten Festkörperelektrolyte haben jedoch eine höhere Dichte als der Polyolefinseparator, insbesondere der anorganische Festkörperelektrolyt. Außerdem sind sie in der Regel dicker als die in herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien verwendeten Separatoren. Wenn die Elektroden gleich bleiben (Graphitanode und Metalloxid-Schichtkathode), haben die meisten Festkörperbatterien eine geringere gravimetrische Energiedichte als Lithium-Ionen-Batterien.

 

Darüber hinaus haben viele Leute erwähnt, dass das Wärmemanagementsystem bei Festkörperbatterien weggelassen werden kann, weil sie sicher sind. Dies ist jedoch nicht wahr. Festkörperbatterien haben möglicherweise einen anderen sicheren Betriebsbereich als Lithium-Ionen-Batterien. Wärmemanagementsysteme und viele andere Schutzmaßnahmen sind weiterhin erforderlich.

 

Eine andere Stimme besagt, dass Festkörperbatterien keine Chance haben werden, da ihr Nutzen unrealistisch oder zu schwierig zu erreichen ist.

 

Die optimistischen und pessimistischen Meinungen deuten auf ein mangelndes Verständnis von Festkörperbatterien hin. Da die Branche der Festkörperbatterien noch nicht ausgereift ist, gibt es je nach Technologie unterschiedliche Wertversprechen, Zellkonzepte, Leistungen, Anforderungen an die Lieferkette, Herstellungsverfahren und Bereitschaftsgrade. Aber im Allgemeinen sind bessere Sicherheit, potenziell höhere Energiedichte und vereinfachte Systemdesigns immer noch die Hauptantriebskräfte für Festkörperbatterien.

 

 

Im Bereich der Festkörperbatterien gibt es verschiedene technologische Ansätze. Oxid-, Sulfid- und Polymersysteme sind zu den beliebtesten Optionen für die Entwicklung der nächsten Generation geworden, wobei es in jeder Kategorie weitere Varianten gibt. Im Allgemeinen haben Sulfidelektrolyte die Vorteile einer hohen Ionenleitfähigkeit, die sogar besser ist als die eines flüssigen Elektrolyten, einer niedrigen Verarbeitungstemperatur, eines breiten elektrochemischen Stabilitätsfensters usw. Viele Eigenschaften machen sie attraktiv und werden von vielen als die ultimative Option angesehen. Die schwierige Herstellung und das giftige Nebenprodukt Schwefelwasserstoff, das bei dem Prozess entsteht, machen die Kommerzialisierung jedoch relativ langsam. Polymersysteme sind einfach herzustellen, die meisten sind mit bestehenden Produktionsanlagen kompatibel, und einige sind bereits auf dem Markt. Die relativ hohe Betriebstemperatur, das niedrige Antioxidationspotenzial und die schlechtere Stabilität stellen jedoch eine Herausforderung dar. Oxidsysteme sind stabiler als Lithiummetall mit guter elektrochemischer und thermischer Stabilität. Der höhere Grenzflächenwiderstand und die kostspieligeren Herstellungsverfahren mit geringerer Ausbeute weisen jedoch im Allgemeinen auf einige Schwierigkeiten hin.

 

 

 

Keine Technologie ist perfekt, und die Kompliziertheit der technischen Details, der Testbedingungen und der zur Veröffentlichung ausgewählten Daten kann die Öffentlichkeit hinsichtlich der Vor- und Nachteile der einzelnen Technologien verwirren. Dieser Bericht soll daher eine ausführliche Erklärung und Analyse aus technischer Sicht mit unserer eigenen Meinung bieten. Auch die Hypes und Hoffnungen in Bezug auf Festkörperbatterien werden bewertet. Obwohl die derzeitigen Festkörperbatterien im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien einige Vorteile nicht bieten können, sind die bessere Sicherheit, die potenzielle Erhöhung der Energiedichte und die Vereinfachung des Systemdesigns nach wie vor die wichtigsten Argumente für Festkörperbatterien.

 

IDTechEx verfolgt die Entwicklung von Festkörperbatterien seit 2014, und mit unserer langjährigen Erfahrung haben wir den allmählichen Wandel der Bemühungen in dieser Branche beobachtet. So lag der Schwerpunkt zu Beginn vor allem auf dem Festkörperelektrolyt und der Demonstration von Halb-/Vollzellen. Mit fortschreitender Verbesserung werden mehr Dinge für die Kommerzialisierung in Betracht gezogen. Probenvalidierung, Systemdesign, Aufbau der Lieferkette und Fertigungsoptimierung werden immer wichtiger.

 

 

Der IDTechEx-Bericht "Festkörper- und Polymerbatterien 2023-2033: Technologie, Prognosen, Akteure" befasst sich mit der Festkörperelektrolytindustrie und gibt eine Zehnjahresprognose bis 2033 in Bezug auf die Produktionskapazität und die Marktgröße. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf den verschiedenen Technologien und der Batterieleistung.

 

Darüber hinaus befasst sich der Bericht mit den Herausforderungen bei der Herstellung von Festelektrolyten und damit, wie große Unternehmen versuchen, diese Einschränkungen zu überwinden, sowie mit den Forschungsfortschritten und Aktivitäten wichtiger Akteure.

 

Es gibt viele Fragen rund um Festkörperbatterien, von Technologie-Benchmarking und -Analyse, Markteinschätzung und -prognose, Verfolgung und Bewertung der Aktivitäten von Akteuren bis hin zu Aufbau und Sicherheit der Lieferkette. Es ist wichtig, sowohl die Wissenschaft als auch das Geschäft dahinter zu verstehen, um die richtigen strategischen Entscheidungen zu treffen. Der neueste Bericht von IDTechEx, "Festkörper- und Polymerbatterien 2023-2033: Technologie, Prognosen, Akteure" (Technologie, Prognosen, Akteure), beantwortet die wichtigsten Fragen und erörtert die Herausforderungen und Chancen von Festkörperbatterien.