Neue Trends bei der globalen Innovation von Power-Batterien

Weltweit liefern sich Länder ein Wettrennen um die schrittweise Optimierung von Batteriematerialien und -strukturen, um bis 2025 die Entwicklung einer neuen Generation leistungsstarker und kostengünstiger Batterien zu erreichen.

Bei Elektrodenmaterialien liegt der Haupttrend zur Steigerung der Energiedichte von Akkumulatoren und zur Kostensenkung angesichts des Konflikts zwischen Ressourcenknappheit und steigender Nachfrage in der Reduzierung des Kobaltgehalts der Rohstoffe und der Erhöhung des Nickelgehalts. Große Akkuhersteller wie Panasonic, LG und CATL konzentrieren sich auf kobaltarme und kobaltfreie Akkumulatoren als nächste Generation der Akkuentwicklung. Der steigende Bedarf an hoher Energiedichte aufgrund der Tiefenelektrifizierung führt zu höheren Kapazitätsgrenzen bei Lithium-Ionen-Graphit-Anodenmaterialien. Die Kombination von Silizium-Kohlenstoff-Anoden mit nickelreichen ternären Materialien entwickelt sich zu einem Entwicklungstrend.

Bei der Montage von Batteriepacks nutzen herkömmliche Modulkonfigurationen nur etwa 40 % des verfügbaren Platzes. Der Schwerpunkt bei der Optimierung von Batteriestrukturen liegt auf integrierten und optimierten Zell-, Modul- und Verpackungsmethoden. Techniken wie die direkte Integration von Zellen in Batteriepacks (CTP-Technologie) oder die Integration von Batteriepackgehäusen in Fahrzeugkarosserien (CTC-Technologie) entwickeln sich zu Optimierungsstrategien.

Die Diversifizierung der Batterietechnologie dürfte bis 2030 zu einer breiten Anwendung von Festkörperbatterien führen.

Natrium-Ionen-Batterien befinden sich derzeit in der frühen Phase der Markteinführung, sind jedoch durch ihre Energiedichte begrenzt. Bis 2030 könnten Natrium-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien ergänzen und in der Energiespeicherung sowie in preissensitiven, langsamen Elektrofahrzeugen Anwendung finden. Die Entwicklung der Festkörperbatterietechnologie beschleunigt sich. Batterien der nächsten Generation, wie Festkörperbatterien mit 500 Wattstunden pro Kilogramm und Lithium-Schwefel-Batterien, werden voraussichtlich um 2030 in großem Maßstab auf den Markt kommen. Die laufende Forschung an leistungsstarken Metall-Luft-Batterien und kostengünstigen Metall-Wasserstoff-Batterien dürfte nach 2030 zu Anwendungsdurchbrüchen führen.

Es wird erwartet, dass die Bemühungen um das Recycling von Akkumulatoren und ein umfassendes Lebenszyklusmanagement in Zukunft zu neuen technologischen Hindernissen werden.

Die Europäische Union hat das neue Batteriegesetz und die neue Batteriestrategie-Forschungs- und Innovationsagenda verabschiedet und damit eine „grüne Schwelle“ für Power-Batterieprodukte festgelegt. Die strategischen Hürden und die CO2-Grenze für Power-Batterien werden voraussichtlich steigen, was die zunehmende Bedeutung des Batterierecyclings mit seinen strategischen und CO2-reduzierenden Eigenschaften unterstreicht. Die EU hat ausdrücklich erklärt, dass die durchschnittlichen Rückgewinnungsraten für Kobalt, Nickel und Kupfer bis 2031 95 % und für Lithium 80 % erreichen müssen. Die Umsetzung der „grünen Schwelle“ dürfte die Entwicklung von Batterierecycling- und -nutzungstechnologien in der erneuerbaren Rohstoffindustrie beschleunigen. Darüber hinaus wird die Einführung von „Batteriepässen“ den Datenaustausch und die Konvergenz von Batteriemanagementmodellen erleichtern und so die Transparenz und Rückverfolgbarkeit des Datenmanagements über den Lebenszyklus von Power-Batterien verbessern.

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