Alternativen zur Lithium-Ionen-Batterie

Eine neue Roadmap des Fraunhofer Instituts für System- und Innovationsforschung (ISI) befasst sich mit alternativen Batterietechnologien für den Zeitraum bis 2045. Deren spezifische Vorteile, zukünftige Anwendungsgebiete, Märkte und Lieferketten werden darin genauso analysiert wie die Position Europas, die Kosten sowie die industrielle Skalierbarkeit.

Aufgrund ihres breiten Einsatzspektrums in Elektro-Pkw oder -Lkw sowie in stationären und mobilen Endgeräten stellen Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) aktuell die auf dem Markt dominierende Batterietechnologie dar. Im Jahr 2023 wird die globale Marktnachfrage voraussichtlich eine Kapazität von fast einer TWh erreicht haben. Aufgrund der zunehmenden Marktdurchdringung von Elektrofahrzeugen wird die Batterienachfrage weiterhin deutlich steigen und sich vervielfachen.

In Deutschland und Europa bestehen noch etliche Herausforderungen, wie die Verringerung von Rohstoffabhängigkeiten, die Sicherung des Zugangs zu Batteriezellen und vorgelagerten Lieferketten sowie Anstrengungen zur Senkung des Ressourcenverbrauchs bis hin zum Aufbau einer Recyclingwirtschaft. Dabei stellt sich auch die Frage, ob und welche alternativen Batterietechnologien helfen könnten, die genannten Abhängigkeiten im Kontext der zukünftig steigenden Bedarfe zu verringern und zugleich ökonomische, ökologische oder technologische Vorteile gegenüber den dominierenden LIBs zu erzielen.

Hierzu hat das Fraunhofer ISI in einer neuen Roadmap alternative Batterietechnologien - insbesondere ausgewählte Metall-Ionen-, Metall-Schwefel-, Metall-Luft- und Redox-Flow-Batterien - für den Zeitraum bis 2045 betrachtet. Darin werden technologische Vorteile, künftige Anwendungsgebiete, Märkte und Lieferketten, die Position Europas sowie die Kosten und die industrielle Skalierbarkeit analysiert. Auch zeigt die Roadmap Handlungsfelder für die EU und Deutschland in Hinblick auf Technologiesouveränität auf.

Welche Anwendungen kommen für alternative Batterietechnologien in Frage? Für mobile Anwendungen stehen Natrium-Ionen-Batterien kurz vor der weitreichenden Kommerzialisierung, erste Natrium-Ionen-Batterien werden bereits bei elektrischen Zweirädern und Kleinwagen eingesetzt. Lithium-Schwefel-Batterien könnten ab 2035 in größeren Drohnen und ab 2040 sogar in weiteren elektrischen Fluggeräten zum Einsatz kommen.

Bei stationären Anwendungen sind die Anforderungen z.B. an die Energiedichte geringer, hier könnten teilweise schon auf dem Markt verfügbare Speichersysteme wie Redox-Flow-Batterien, Salzwasser- oder Natrium-Schwefel-Hochtemperatur-Batterien in naher Zukunft relevanter werden - genau wie Natrium-Ionen-Batterien, die sich durch eine gute Ressourcenverfügbarkeit, Sicherheit und Tiefentladefähigkeit auszeichnen oder auch Zink- oder Aluminium-Ionen-Batterien.