Festkörperbatterien: IDTechEx Fragt, Ob Sie Kommen Werden

Je nachdem, von welcher Technologie die Rede ist, werden Festkörperbatterien bereits kommerzialisiert und könnten bis 2033 ein Geschäftspotenzial von 8 Milliarden US-Dollar eröffnen, so der Bericht "Festkörper- und Polymerbatterien 2023-2033: Technologie, Prognosen, Akteure".

 

 

Seit ihrer Erfindung in den 1990er Jahren sind Lithium-Ionen-Batterien aufgrund ihres relativ geringen Gewichts, ihrer kompakten Größe, ihrer langen Lebensdauer und ihrer hohen Energiedichte immer beliebter geworden.

 

Eine Li-Ionen-Zelle besteht in der Regel aus einer Graphitanode und einer Kathode aus Schichtoxid, die auf Stromkollektoren aufgebracht und durch einen mit organischem Flüssigelektrolyt getränkten Separator getrennt sind. In Beutel-, Prismen- oder zylindrischen Formaten verpackt, bilden sie die Grundlage für Li-Ionen-Batteriepacks. Ihre vergleichsweise hohe Leistung, ihre niedrigen Kosten und ihre breite Verfügbarkeit machen Li-Ionen-Batterien zur bevorzugten Energiespeichertechnologie für viele Anwendungen, von elektronischen Geräten über Elektrofahrzeuge bis hin zu großen stationären Energiespeichersystemen. Daher ist es unwahrscheinlich, dass Li-Ionen-Batterien in den nächsten zehn Jahren in der einen oder anderen Form für die meisten Anwendungen verdrängt werden. Dennoch werden aufgrund ihrer Leistungseinschränkungen und aus Gründen des Umweltschutzes und der Lieferkette weiterhin Entwicklungen und Innovationen für die Batterietechnologien der nächsten Generation durchgeführt.

 

IDTechEx erforscht Themen der Energiespeicherung aus verschiedenen Blickwinkeln, von Materialien über Zelltechnologien bis hin zu gezielten Anwendungen und dem Umgang mit ihnen am Ende ihrer Lebensdauer. Sowohl fortschrittliche Lithium-Ionen-Technologien als auch Alternativen haben enorme Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Unter ihnen haben Festkörperbatterien, die auf Innovationen bei den Festkörperelektrolyten beruhen, zu zunehmenden Diskussionen und kontinuierlichen Investitionen geführt. Als Innovation im Bereich des Elektrolyten können Festkörperbatterien auch mit anderen Innovationen wie Lithiummetall, Siliziumanode, Hochspannungskathoden, neuen Zellkonzepten, Trockenherstellung usw. arbeiten.

 

 

 

In zahlreichen Pressemitteilungen wurde über die Fortschritte von Festkörperbatterien und Prototypen von Elektrofahrzeugen mit Festkörperbatterien berichtet. Es scheint, dass der Schwerpunkt bei den Festkörperbatterien vor allem auf den Batteriezellen liegen wird. Dies wird jedoch nur ein Teil der zukünftigen Schwerpunkte sein. IDTechEx hat festgestellt, dass sich die Entwicklungsschwerpunkte von der Materialentwicklung und Zelldemonstration zur Zellvalidierung und zum Systemdesign verlagert haben. Beispiele hierfür sind die Entwicklung von Zell-Packungen (CTP) und Wärmemanagementsystemen.

 

Das CTP-Konzept ist nicht neu und findet sich bereits bei Lithium-Ionen-Batterien wie der Blade-Batterie von BYD und den CTP-Konzepten von CATL. Das CTP-Konzept wird aufgrund der höheren Sicherheit von Festkörperbatteriezellen an Bedeutung gewinnen. Batteriesicherheit bedeutet ein flexibleres Packdesign und weniger elektronische Komponenten in den Batteriemodulen/Packs. So ermöglicht das bipolare Design eine engere Packung und eine höhere Energiedichte. Es ist möglich, dass die ersten Generationen von Festkörperbatterien nicht mit einer Hochspannungskathode, einer Hochkapazitätskathode und einer Lithium-Metall-Anode ausgestattet sind, was zu einer geringeren Energiedichte als bei kommerziellen Lithium-Ionen-Batterien führt. Auch die Anfangskosten von Festkörperbatteriezellen dürften höher sein als bei Lithium-Ionen-Batterien. Mit einer höheren Energiedichte auf Packungsebene, einem flexiblen Design und weniger verwendeten Materialien/Komponenten ist es jedoch möglich, dass Festkörperbatteriepacks mit Lithium-Ionen-Batterien vergleichbar oder sogar besser als diese sein können.

 

Ein Wärmemanagementsystem ist auch für Festkörperbatterien erforderlich. Festkörperbatterien können in einem anderen sicheren Betriebsbereich arbeiten; daher kann die für Festkörperbatterien erforderliche Idealtemperatur von der für Lithium-Ionen-Batterien abweichen. Zusammen mit dem innovativen Zelldesign können die Wärmemanagementsysteme und der mechanische Schutz für das Systemdesign von Festkörperbatterien kombiniert werden.

 

Darüber hinaus werden immer mehr Anstrengungen auf Dinge verwendet, die auch für die Kommerzialisierung wichtig sind, wie der Aufbau von Lieferketten und die Verbesserung der Produktion.

 

 

Die Festkörperbatterie auf Polymerbasis wurde bereits kommerzialisiert und in Fahrzeugen wie dem eCitaro von Daimler eingesetzt. Andere Technologien werden kontinuierlich für die OEMs getestet.

Bei den meisten kommerziell erhältlichen Festkörperbatterien und denjenigen, die demnächst auf den Markt kommen sollen, handelt es sich jedoch um Hybridbatterien, d. h. sie können einen kleinen Anteil an Flüssigkeit oder Gel enthalten. Streng genommen handelt es sich nicht um Festkörperbatterien. Aus der Sicht des Endnutzers ist es jedoch egal, welche Technologie er einsetzt; solange die Batterien die gewünschten Eigenschaften aufweisen, sind sie akzeptabel. Sogar hybride Festkörperbatterien können immer noch eine bessere Leistung bieten, und sie könnten eine gute Übergangslösung darstellen.

 

Da die Technologien immer ausgereifter werden, kann der Übergang zu allen Festkörperbatterien nahtlos erfolgen.

 

Der IDTechEx-Bericht "Festkörper- und Polymerbatterien 2023-2033: Technologie, Prognosen, Akteure" bietet sowohl eine technische als auch eine kommerzielle Analyse rund um Festkörperbatterien, deckt die Herstellungsverfahren ab und zeigt auf, wie verschiedene Unternehmen versuchen, die Beschränkungen zu überwinden, sowie den Forschungsfortschritt und die Aktivitäten der wichtigsten Akteure. Die globale Marktanalyse enthält 10-Jahres-Prognosen bis 2033 sowohl für die Produktionskapazität als auch für die Marktgröße, für zehn Anwendungsbereiche und drei große Technologiegruppen.

 

Dieser Bericht spricht auch über die meisten der in diesem Bereich tätigen Akteure und stellt 45 von ihnen vor. Es bietet weitere detaillierte Unternehmensanalyse der wichtigsten Akteure, wie seine Technologie-Analyse, Produkteinführung, Roadmap, Finanzen / Finanzierung, Materialien, Zelle Spezifikation, Herstellung, Lieferkette, Partnerschaften, Patent Einführung, zukünftige Geschäfte und SWOT-Analyse.

 

Die wichtigsten Erkenntnisse aus diesem Bericht:

 

Weitere Informationen zu den Märkten, Akteuren, Technologien, Möglichkeiten und Herausforderungen finden Sie im IDTechEx-Bericht "Festkörper- und Polymerbatterien 2023-2033: Technologie, Prognosen, Akteure" für weitere Informationen.