Quo vadis, Li-Batterien aus Deutschland und deren Anwendungen?

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1 Quo vadis, Li-Batterien aus Deutschland und deren Anwendungen? Dr. Olaf Wollersheim Competence E 1 KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und Competence E nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

2 Zellen, Batterien, Anwendungen Zellen: kleinste kommerziell verfügbare Energiespeichereinheit, in D nach Produktionseinstellung bei LiTec keine Volumenproduktion mehr Batterien: Zellen mechanisch und elektrisch integriert mit Elektronik (BMS, Relais, ) und ggf. Kühlsystem, in D nennenswerte Produktion z.b. bei BMW, Deutsche Accumotive Anwendungen: Batterie integriert in Fahrzeuge oder stationäre Speicher- Systeme, in D Produktion bei vielen Automotive OEM s und mittelst. Herstellern stationärer Batteriespeichersysteme Bildquelle: 2 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

3 Anwendung Elektro-PKW Aktuelle Ergebnisse Projekt RheinMobil Grenzüberschreitende (D F) E-Mobilität für Berufspendler und Dienstreisende Reichweite: 175 km (Herstellerangabe) Preis: ab ,- Reichweite: 170 km (Herstellerangabe) Preis: ab ,- (als E-NV200) 3 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

4 Vergleichsfahrzeuge für die Ökobilanzierung 4 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

5 Signifikante Ressourcenschonung nur bei Betrieb mit EE-Strom 5 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

6 6 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016 Signifikanter Klimabeitrag nur bei Betrieb mit EE-Strom

7 CO 2 break even Benziner CO 2 break even Diesel 7 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

8 Wie hoch sind die Kosten der CO 2 -Vermeidung? Benzin Blue Motion Elektro Batterie: 18,7 kwh Reichweite: 159 km Quelle: Wikipedia, Greenmotorsblog 8 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

9 Kosten Vergleich VW Up Benzin und Elektro Netto-Kaufpreis Energiekosten Benzin Elektro Benzin Elektro Preis B_UP Preis E_UP 0 Benzinkosten /100km B_UP Stromkosten /100km E_UP CO2 Emission Benzin Elektro CO2 kg/100 km B_UP CO2 kg/100 km E_UP 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 Energie kosten Kraftsstoff Einsparung E_UP /100km Einsparung Elektro CO2 CO2 Einsparung E_UP kg/100km Strommix D 2012: 601 gr. CO2/kWh NEFZ: Benzin-Up:4,1 l/100km, E-Up: 11,7 kwh Benzin: 1,5 /l; Strom 0,2 /kwh 9 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

10 Kosten und Einsparung VW Up Elektro im Vergleich zu Up Benzin nach km Energiekosten Einsparung CO2 Emission Vermeidung Kosten der CO2 Reduktion /to Kraftsstoff Einsparung E_UP CO2 Einsparung E-UP kg Kosten CO2 Einsparung /to Strommix D 2012: 601 gr. CO2/kWh NEFZ: Benzin-Up:4,1 l/100km, E-Up: 11,7 kwh Benzin: 1,5 /l; Strom 0,2 /kwh 10 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

11 Identische Berechnung mit Solobussen Diesel Bus 12 m Elektro Bus 12 m Batterie: 250 kwh Reichweite: 180 km Quelle: alibaba; rvm-online; 11 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

12 Kosten Vergleich Diesel Bus und Elektro Bus Netto-Kaufpreis Energiekosten Diesel Elektro Diesel Elektro 0 Preis D-Bus Preis E-Bus Dieselkosten /100km D-Bus Stromkosten /100km E-Bus CO2 Emission Einsparung Elektro Diesel Elektro Energie kosten CO2 0 CO2 kg/100 km D-Bus CO2 kg/100 km E-Bus 0 Kraftsstoff Einsparung E_Bus /100km CO2 Einsparung E_Bus kg/100km Strommix D 2012: 601 gr. CO2/kWh Diesel Bus :55 l/100km, E-Bus : 140 kwh/100km Diesel: 1,25 /l; Strom 0,17 /kwh 12 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

13 Vergleich Elektro Up und Elektro Bus CO2 Einsparung in 10 Jahren Netto Kaufpreis pro Fahrzeug E-Bus CO2 Einsparung E-Bus kg E-Up CO2 Einsparung E-UP kg E-Bus Anschaffungskosten E-Bus E-Up Anschaffungskosten E-Up Ziel E-KFZ D Summe Kosten für identische CO2 Einsparung E-Up 1 Mio. Ziel E-KFZ D 2020 Anzahl E-Busse für CO2 Gleichheit Notwendige E-Busse CO2 identisch E-Up 26 Mrd. Kum Kosten E-Up (Preis+Strom) / Mrd E-Bus 6 Mrd. Kum Kosten E-Bus (Preis+Strom) / Mrd Spez. Kosten und Emissionen Diesel, Benzin, Strom wie vor 13 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

14 Wer kommt für die Kosten der Vermeidung von CO 2 Emissionen auf? Bund, Kommunen, Bürger als Nutzer Bürger als Eigentümer?? Wir müssen das Kosten-Nutzen-Verhältnis der Elektromobilität schnell weiter verbessern. Solange es da Nachteile gibt, wird man eine breitere Kundschaft nur mit einer Incentivierung gewinnen können. 14 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

15 Herausforderungen unverändert seit 1900»Leider ist die Capazität der Elemente eine sehr geringe, denn die Batterien liefern trotz eines großen Volumens und Gewichts nur sehr wenig und bloß für kurze Zeit elektrischen Strom. Auch sind die Kosten dafür sehr hoch.«louis Baudry de Saunier, L Automobile Théorique et Pratique Bildquelle: 15 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

16 Neuzulassungen E-PKW (EV, HEV, PHEV) Quelle: KBA, electrive.net 16 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

17 Leitmarkt Deutschland? 1912: E-Fahrzeuge in USA, gebaut von Edison 2015: E-Fahrzeuge in D = 0,4% 17 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016 Bildquelle:

18 In 300 Jahren nichts dazugelernt? Li-Ionen- Interkalation in C und MO x 1974 Es ist uns Teutschen gar nicht rühmlich, daß, da wir in Erfindung großenteils mechanischer, natürlicher und anderer Künste und Wissenschaften die ersten gewesen, nun in deren Vermehrung und Verbesserung die letzten sind. Gottfried Wilhelm Leibniz. 14. November 1716 Bildquellen: Von Terramobil aus der deutschsprachigen Wikipedia, CC BY-SA 3.0, 18 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

19 Asiaten investieren massiv in Zellproduktion 19 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

20 20 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016 EV-Batterien mit Reichweite 600 km bis 2020

21 EV-Batterien mit Reichweite 500 km bis 2019 Jährliche Invests: 200 Mio. US$ Mitarbeiter in F&E 21 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

22 Umsatz 2016: 1 Mrd. US$ Profitabilität Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

23 23 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

24 Konzentrationsprozess in der Zellbranche bereits voll im Gang??? 24 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

25 25 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

26 Quo vadis Zellfertigung? Ursprüngliche Verwendung und Haltung der Deutschen Automobilindustrie Jh.13, 36 (Einheitsübersetzung): Simon Petrus sagte zu ihm: Herr, wohin willst du gehen? Jesus antwortete: Wohin ich gehe, dorthin kannst du mir jetzt nicht folgen. Du wirst mir aber später folgen. Quellen: electrive.net 26 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

27 Kapazität ELA / % Qualitativer Vergleich ausgewählter kommerzieller Li-Ionen-Zellen C LAD / 1C ELA CCCV bis C/20, ohne Relaxation, 100% 25 C Zielkorridor für die stationäre Anwendung Zyklus End of Life Hersteller F Hersteller F Hersteller F Hersteller F Hersteller B Hersteller B Hersteller F Hersteller F Hersteller A Hersteller A Hersteller G Hersteller G Hersteller C Hersteller C Hersteller H Hersteller B Hersteller B Hersteller I Hersteller I Hersteller E Hersteller I Hersteller I Hersteller J Hersteller J Hersteller M Hersteller A Hersteller K Hersteller D Hersteller D Hersteller K Hersteller K Hersteller L Hersteller L Hersteller K Hersteller L 27 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

28 Bester in D erreichter Stand (ca. 2013) smart ed, Batterie Deutsche AccuMotive 17,6 kwh, 175 kg, 93 Zellen LiTec HEA50 Die meisten Berichte über sensationelle Energiedichteerhöhungen beziehen sich nur auf die Kathode! (bei 130 Wh/km reicht das für ca. 150 km) 28 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

29 Möglicher Stand mit nächster Generation Kathode mit 10facher Energiedichte, alles andere konstant (bei 130 Wh/km reicht das für ca km, bei gleicher Batteriemasse nur noch für 360 km, im vergleich: LG Chem/Samsung 500/600 km 2019/20) 29 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

30 Rettet uns Li-Luft als übernächste Gen? smart ed Energy & Environmental Science DOI: /c3ee43870h 30 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

31 Quo Vadis (bis 2020) : Zwischenfazit X Bildquelle: 31 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

32 32 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

33 Quo Vadis (bis 2020) : Zwischenfazit II X X?? Bildquelle: 33 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

34 Last/Erzeugung Stromversorgung aus PV im Privathaushalt PV WR kw Verbrauch PV Einspeisung Bezug Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

35 Last/Erzeugung Stromversorgung aus PV im Privathaushalt mit Speicher PV WR kw Verbrauch PV Batterie- Speicher Laden Entladen Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

36 Heimspeicher mit Lithium-Batterien werden in Deutschland profitabel zulässige Speicherkosten 20 cent/kwh Source of data: BDEW, photovoltaic-guide.de 36 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

37 Dies gilt erst recht nach dem Auslaufen von PV- Anlagen aus dem EEG (1991, 2000) zulässige Speicherkosten 20 cent/kwh zulässige Speicherkosten 30 cent/kwh Source of data: BDEW, photovoltaic-guide.de Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

38 Quo Vadis? (bis 2020) X X?? Bildquelle: X? 38 Frühjahrssitzung des Arbeitskreises Energie der DPG, Bad Honnef 21./22. April 2016

39 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Competence E 39 KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und Competence E nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft