Batterien: Kriterien, um Forschungsmeldungen einzuordnen
Batterien spielen für die Zukunft eine immens wichtige Rolle. Ob bei der Mobilität, der Stromversorgung oder zu Hause – ohne die günstigen Stromspeicher würde es schwer, Ziele für eine klimaneutrale Zukunft zu erreichen. Kein Wunder, dass Meldungen über neue Akkus oder gar Durchbrüche für Aufsehen [1] [2] [3] sorgen. Sei es, weil sie versprechen, billiger zu sein oder viel mehr Energie zu speichern, weil sie umweltfreundlicher, recyclingfähiger oder mit leichter zu beschaffenden Materialien zu fertigen seien.
Aber oft folgt auf solche Meldungen erstmal eine Pause. Und es kann der Eindruck entstehen, die Technik sei immer noch nicht reif, die „richtige“ Batterie sei immer noch nicht da. Das würde aber nicht der Realität entsprechen: Zum einen verbreiten sich Speicher für Stromnetze, Heimanwendungen und auch durch Elektroautos derzeit sehr stark [4] [5], zum anderen haben sie einen hohen technischen Stand erreicht. So lag zum Beispiel die durchschnittliche Reichweite der E-Autos, die der ADAC 2023 getestet hat, bei fast 400 Kilometern [6], einzelne Hersteller berichten sogar von Testfahrten bis zu 1000 Kilometern Reichweite [7]. Außerdem brennen Elektroautos offenbar viel seltener als Verbrenner [10].
Dieses Fact Sheet will daher gerade denen, die schnell etwas über Batterien schreiben oder berichten müssen, aber nicht durch lange Recherchen in allen Feinheiten der Entwicklung stecken, Kriterien für eine schnelle Einschätzung im journalistischen Alltag liefern. Es kann aber auch jenen nützen, die über solche Meldungen diskutieren müssen. Wir haben es mit Batterieforschenden in Deutschland entwickelt, es setzt den Fokus auf Elektromobilität, weil diese wegen ihrer großen Stückzahlen den Preis für fast alle anderen Batteriemärkte mitbestimmt. Fact Sheets zu einzelnen Technologien wie zum Beispiel Solid-State- oder Natrium-Ionen-Akkus werden folgen.
Dieses Fact Sheet kann hier als pdf heruntergeladen werden.
… handelt es sich wahrscheinlich um Grundlagenforschung. Eine Umsetzung kann 10 bis 20 Jahre dauern. Das kann immer noch ein wichtiger Meilenstein sein, ist aber keine Disruption, die die Industrie umwälzt.
kann eine schnelle Umsetzung in drei bis fünf Jahren möglich sein. Dann kommt es darauf an, von welchem Batterieteil die Rede ist und ob sich die Zellchemie schnell in eine Massenproduktion überführen lässt.
Taktgeber für neue Entwicklungen sind derzeit große Konzerne wie CATL, BYD, LG, Panasonic oder Samsung SDI.
Beispiele: Blade- [12] oder Qilin-Batterien [13] verzichten auf Module und heben so die volumetrische Energiedichte erheblich an. So erreichen auch E-Autos mit LFP-Akkus eine große Reichweite. Das hat eine regelrechte Renaissance der an sich sichereren, aber auch schwächeren Chemie ausgelöst. Auch für Natrium-Ionen-Batterien kann diese Bauform eingesetzt werden.
Werte in dieser Größenordnung sind kein Hinweis auf einen schnellen Erfolg auf der Straße. Für die Luftfahrt könnten leichte Batterien mit hoher gravimetrischer Energiedichte aber ein Gamechanger sein.
kann die neue Batterie wahrscheinlich auf den bestehenden Produktionslinien mit unter Umständen nur geringen Anpassung hergestellt werden. Das heißt, die Produktion könnte im Prinzip schnell und in großen Stückzahlen beginnen. Das wirkt sich positiv auf den Preis aus.
… muss die neue Batterie auf neuen Produktionslinien gebaut werden, womöglich in neuen Fabriken. Die Produktionszahlen könnten womöglich nur über mehrere Zwischenschritte gesteigert werden. Das dauert zum einen Jahre, zum anderen würden die Kosten für die neuen Produktionsanlagen auf die gefertigten Batterien umgelegt. Diese würden dadurch teurer als die konventionelle Konkurrenz – umso mehr, je weniger gefertigt werden.
Die folgende Tabelle gibt eine Orientierung, wo sich Ansprechpersonen für weitere Recherchen finden lassen. Sie orientiert sich an den Forschungsclustern, die Kompetenz zu den Themen bündeln.
Die Links zu den jeweiligen Anlaufstellen finden Sie auf Seite 8 in diesem Dokument.
[1] Backovic L (08.01.2024): VW erzielt Durchbruch bei Feststoffbatterie. Handelsblatt.
[2] Doll S (03.04.2024): This new solid-state battery cell claims to set industry records, could offer over 1,300 mile range. Electrek.
[3] Leichsenring S (28.03.2024): IM Motors L6 mit Festkörperbatterie für 800 km WLTP-Reichweite. InsideEVs Deutschland.
[4] Battery-Charts. Auswertung des Marktstammdatenregisters auf Speicherkapazität, Speicherleistung und Anzahl der Batterien.
[5] Mobility-Charts. Auswertung der Zulassungszahlen des Kraftfahrbundesamts auf E-Auto Bestand, E-Auto-Batteriekapazität und Ladeleistungen.
[6] ADAC (11.04.2024): Elektroautos im Test: So hoch ist die Reichweite wirklich.
[7] Kang L (17.04.2024): Nio ET7 with 150-kWh battery achieves 1,070 km in real-life range challenge. CnEVPost.
[8] Schmaltz et al. (2024): A Roadmap for Solid-State Batteries. Advanced Energy Materials. DOI: 10.1002/aenm.202301886.
[9] Hettesheimer T et al. (2023): Lithium-Ion Battery Roadmap – Industrialization Perspectives Toward 2030. Fraunhofer Institute for Systems and Innovation Research ISI. DOI: 10.24406/publica-2153.
[10] Siggelkow P (28.07.2023): Falschmeldungen über Brände und Wasserverbrauch. Tagesschau Faktenfinder.
[11] Bullard N (31.01.2024): Decarbonization: Stocks and flows, abundance and scarcity, net zero. Folien Seite 58ff.
[12] BYD (2020): BYD’s new Blade Battery set to redefine EV Safety Standards. Pressemitteilung.
[13] CATL (23.06.2022): CATL launches CTP 3.0 battery “Qilin,” achieves the highest integration level in the world. Pressemitteilung.
[14] ADAC (25.10.2022): Elektroauto-Batterie: Lebensdauer, Garantie, Reparatur.
[15] Kraftfahrtbundesamt KBA (2023): Durchschnittliche Jahresfahrleistung in km nach Fahrzeugarten seit 2018.
[16] Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE DKE (2023): Technischer Leitfaden Ladeinfrastruktur Elektromobilität. Version 4.1.
[17] Schwarzer CM (12.02.2024): Elektroautos: ISO-Norm soll Ladeleistung vergleichbar machen.
[18] Schaal S (17.04.2024): Nissan will 2025 erste Feststoffzellen bauen.
[19] Werwitzke C (05.04.2024): Nio baut Akkusystem auf Basis von Semi-Solid-State-Zellen in Serie.
[20] Opletal J (05.01.2024): BYD starts construction of 30 GWh sodium-ion battery plant in China. CarNewsChina.com.
[21] Samsung SDI (05.03.2024): Samsung SDI to Present Essence of Super-Gap Battery Technology at InterBattery 2024. Pressemitteilung.