Batterieforum Deutschland

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1 Batterieforum Deutschland Ad-hoc-Befragung auf dem Batterieforum Deutschland 014 Ritz-Carlton, Berlin 9. bis MIT FREUNDLICHER UNTERSTÜTZUNG VOM

2 Inhaltsverzeichnis 1 EINLEITUNG... 3 AUSWERTUNG DATEN ZU DEN BEFRAGTEN BEFRAGTE NACH BRANCHEN BEFRAGTE NACH TÄTIGKEITSBEREICH BEFRAGTE NACH ANWENDUNGSBEREICH BEFRAGTE NACH TECHNOLOGIEBEREICH BEWERTUNG VON ZELLKOMPONENTEN UND -TYPEN WETTBEWERBSFÄHIGKEIT IM INTERNATIONALEN VERGLEICH: HEUTE UND IN 5 BIS 10 JAHREN VERGLEICH DER WETTBEWERBSFÄHIGKEITSBEWERTUNGEN: UMFRAGE 014 VS ANWENDUNGSBREITE: UMFRAGE 014 VS F&E-BEDARF BIS ZUM ERREICHEN DER MARKTREIFE WETTBEWERBSFÄHIGKEIT VS. ANWENDUNGSBREITE UND ENTWICKLUNGSPOTENZIAL FÖRDERSCHWERPUNKTE FÜR EINZELNE SYSTEME FÖRDERSCHWERPUNKTE FÜR EINZELNE SYSTEME: UMFRAGE 014 VS SWOT-ANALYSE ÜBER DEUTSCHLAND ALS LEITANBIETER VON ENERGIESPEICHERN SWOT-ANALYSE SWOT-ANALYSE PERSÖNLICHE TOP 3 DER WICHTIGSTEN ZELL- UND BATTERIESYSTEME ZELL UND BATTERIESYSTEME, DIE AN BEDEUTUNG GEWONNEN HABEN ELEKTROMOBILE ANWENDUNGEN STATIONÄRE ANWENDUNGEN AUSSICHTSREICHSTE GESCHÄFTSMODELLE ANHANG ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS BATTERIESYSTEMUNTERTEILUNG IN GENERATIONEN FRAGEBOGEN ZUR AD-HOC-BEFRAGUNG IMPRESSUM... 35

3 1 Einleitung Bereits im vergangenen Jahr befragte das KLiB im Rahmen des Batterieforums Deutschland mit dem Fraunhofer ISI Experten entlang der Wertschöpfungskette von elektrochemischen Energiespeichern zum Status und zu Trends der Batterieforschung. Die Ergebnisse geben Aufschluss über die Stimmungslage und die Einschätzung der Akteure bezüglich des Standortes Deutschlands für Batterieforschung, -entwicklung und -produktion. Um diese Ergebnisse auf einem aktuellen Stand zu halten, Veränderungen, Herausforderungen und mögliche Marschrichtungen sowie Trends zu erkennen, wird die Umfrage jährlich wiederholt. Gefördert wird sie vom Bundesministerium für Bildung und Forschung. Befragt wurden die Experten mit einem vierseitigen Fragebogen mit zehn Fragen (Kapitel 3.3), der an die Tagungsteilnehmer des Batterieforums Deutschland 014 verteilt wurde. Sie wurden gebeten, die Bögen während der Dauer der Veranstaltung vom 9. bis 31. Januar 014 auszufüllen und abzugeben. Der Fokus der Untersuchung ist auf die Erfassung der Forschung an elektrochemischen Energiespeichern in Deutschland gerichtet. Schwerpunkte liegen auf folgenden Themen: Zelle sowie Lithium-Ionen-Batterien (LIB) aufgrund Ihrer aktuell hohen Marktrelevanz, dennoch ist es das Ziel, alle elektrochemischen Speicher zu erfassen, Produktion (Material, Komponenten bis Zellebene), große Zellen bzw. Systeme (jenseits Consumer-Zellen) sowie deren Anwendungen, Wettbewerbsfähigkeit und Position Deutschlands im internationalen Vergleich. 3

4 Auswertung Von 68 Kongressbesuchern nahmen 43 Personen an der Ad-hoc-Befragung teil. Dabei handelte es sich überwiegend um Experten, die sich beruflich mit elektrochemischen Energiespeichern beschäftigen. Im Vergleich zum Vorjahr haben doppelt so viele Kongressteilnehmer einen Fragebogen ausgefüllt 1. Die Beteiligung an der Umfrage hat sich von 10 auf 16 Prozent erhöht..1 Daten zu den Befragten.1.1 Befragte nach Branchen Die Verteilung nach Branchen, in denen die Teilnehmer an der Umfrage arbeiten, (Abb. 1) entspricht etwa der Verteilung der Kongressbesucher (vgl. Abb. ). Der Großteil der Befragten arbeitet in der Industrie oder in Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen (F&E-Einrichtungen). Politik % Andere 9% F&E- Einrichtungen 4% Industrie 47% Maschinenbauer und Ausrüster 9% Chemische Industrie (Material, Komponenten) 19% Automobilindustrie und -zulieferer 1% Zellund Batteriehersteller 7% Abb. 1: Teilnehmer an der Ad-hoc-Befragung 014 nach Branchen: Bitte kreuzen Sie die Branche an, in der Sie tätig sind. Andere 9% Politik 8% F&E- Einrichtungen 33% Verbände/ Verbünde 6% Industrie 44% Maschinenbauer und Ausrüster 13% Chemische Industrie 14% Automobilindustrie und Zulieferer 9% Zell-und Batteriehersteller 8% Abb. : Verteilung der 68 Teilnehmer des Batterieforums Deutschland 014 nach Branchen. 1 Umfragebeteiligung beim Batterieforum Deutschland 013: von 6 Kongressbesuchern. 4

5 .1. Befragte nach Tätigkeitsbereich Marketing und Vertrieb 7% Andere 5% Politik % Mindestens 60 Prozent der Befragten haben eine technisch-wissenschaftliche Ausbildung (blaue Bereiche in Abb. 3). Produktion 9% Management 4% F&E 53% Abb. 3: Bitte ordnen Sie ihren Tätigkeitsbereich ein. (Mehrfachnennungen möglich).1.3 Befragte nach Anwendungsbereich Die meisten Teilnehmer (86 Prozent) beschäftigen sich beruflich mit Elektromobilität, die Hälfte aller Befragten (auch) mit stationären Speichern. stationäre Speicher 5% Andere 9% Elektromobilität+ stationäre Speicher 46% Elektromobilität 40% Abb. 4 (rechts): Welchem Anwendungsbereich ordnen Sie Ihre Tätigkeit am ehesten zu? (Mehrfachnennungen möglich) Mehrfachnennungen waren möglich. 5

6 .1.4 Befragte nach Technologiebereich Lithium- Ionen- Batterien (LIB) 68% LIB + Andere 1% Andere 9% Der überwiegende Teil der Befragten (89 Prozent) ordnet seinen Arbeitsbereich in erster Linie der Lithium-Ionen-Technologie zu (Abb. 5). Keinem % Abb. 5: Welchem Technologiebereich ordnen Sie Ihre Tätigkeit am ehesten zu? (Mehrfachnennungen möglich) Insgesamt 30 Prozent der Befragten gaben an, sich (auch) mit anderen Energiespeichertechnologien zu befassen. 3 Dazu zählen insbesondere Post-Lithium- (nicht näher spezifiziert), Redox-Flow-, Metall-Luft- und Li-S-Systeme sowie Brennstoffzellen (Abb. 6). keiner Kategorie zuzuordnen; 5% Redox Flow; 5% Pb-Säure; % Na-S (HT); % Post-Lithium; 5% Brennstoffzelle; 3% Li-S; 3% Metall-Luft; 5% Abb. 6: Das Diagramm zeigt die Unterteilung der insgesamt 30 Prozent Andere aus Abb Mehrfachnennungen waren möglich. 6

7 . Bewertung von Zellkomponenten und -typen Die spezifischen Fragen zu einzelnen Zellkomponenten und -typen beantworteten 88 Prozent der Befragten. Im Durchschnitt gaben 54 Prozent Wertungen zu diesen Fragen ab. Der Rest wählte Weiß nicht als Antwort. Die wenigsten Bewertungen wurden zu Ni-Zn (durchschnittlich 70 Prozent Weiß nicht ) und Na-S/Na-NiCl -Systemen (durchschnittlich 56 Prozent Weiß nicht ) abgegeben, die meisten (durchschnittlich weniger als 30 Prozent Weiß nicht ) für Li-S, NCM, LFP und Li-Luft. Die durchschnittliche Standardabweichung (Frage 1 bis 5) lag bei 0,97. Lässt man Bewertungen mit Standardabweichungen >1,0 außer Acht (vgl. z. B. Abb. 7 und Abb. 8), verbessert sich der Wert auf 0,89. Die Ergebnisse geben also nur ein Stimmungsbild wieder. Für belastbare statistische Aussagen sind die Standardabweichungen zu hoch. Es sei darauf hingewiesen, dass sowohl die Fragestellung als auch die Bezeichnungen der Antwortskala in der Umfrage im Gegensatz zum Vorjahr leicht verändert wurden. Es ist nicht auszuschließen, dass sich dies auf die Antworten ausgewirkt hat und somit die Umfragen nur bedingt vergleichbar sind. Vermutlich ist dieser Effekt davon überlagert sein, dass die Teilnehmergruppe variiert und ein Jahr seit der vergangenen Befragung vergangen ist die Auswirkung ist deshalb wahrscheinlich gering. Da diese Studie jährlich wiederholt wird und die Skala künftig nicht mehr geändert werden soll, kann sich in den folgenden Jahren zeigen, ob sich Trends fortsetzen und wie groß mögliche Abweichungen waren...1 Wettbewerbsfähigkeit im internationalen Vergleich: heute und in 5 bis 10 Jahren Die höchste Wettbewerbsfähigkeit bescheinigen die Befragten Deutschland als Standort für die Batterieforschung, -entwicklung und -produktion aktuell LFP und NCM, wobei die Meinungen zu LFP stark schwanken. 4 Mittelmäßig oder besser werden LMS und PEM-FC bewertet (grüner Bereich in Abb. 7). Gering bis sehr gering wettbewerbsfähig werden Metall-Luft, Na-S/Na-NiCl und Li- Feststoff-Systeme eingeschätzt (roter Bereich in Abb. 7). Die Befragten erwarten, dass bei einer bestmöglichen F&E-Förderung Deutschland in fünf bis zehn Jahren mehr als die Hälfte der abgefragten Systeme im internationalen Vergleich hoch wettbewerbsfähig sein werden (Abb. 8). Dies gilt für: NCM-, LFP-, PEM-FC-, Li-S-, LIB-(5V)-, Redox-Flow- und Li-Feststoff-Systeme ohne Polymere. Für alle anderen Systeme außer Ni-Zn, Mg-/Al-Luft und Na-S/Na-NiCl sagen sie eine mittlere bis geringe Wettbewerbsfähigkeit voraus. Die größten Sprünge in der Bewertung von heute bis in fünf bis zehn Jahren machen die Li- Feststoffsysteme. Sie steigen von der Gruppe der Systeme mit der schlechtesten Wettbewerbsfähigkeit (rot) direkt auf in die der wettbewerbsfähigsten Systeme (grün). Die stärksten Differenzen gibt es in der Bewertung von Li-Luft, obwohl hier nahezu die meisten Bewertungen abgegeben wurden 5. Für dieses System verteilten die Befragten Werte über die gesamte Skala. 4 Standardabweichung = 1,08: Obwohl für LFP von allen abgefragten Systemen nahezu die meisten Bewertungen erhielt, streuten diese von bis 4 auf der 5Cer-Skala. Ähnliches gilt für die Bewertung von Li-S und Li-Luft Prozent derjenigen, die eine Antwort abgaben. 7

8 = sehr hoch 4 = hoch 3 = mittel = gering 1 = sehr gering aktuelle Wettbewerbsfähigkeit 1 Mg-Luft/Al-Luft Na-S/Na-NiCl (NT) Na-Luft Ni-Zn Na-S/Na-NiCl (HT) Li-Feststoff o. Polym. Li-Polymer-Feststoff Lithium-Legierungen Zn-Luft Li-Luft Li-Metall Redox-Flow LIB-(5V) Gel-Polym.-Elektrolyt NCA LiPF6-Redukt./Ersatz Li-S LMS (inkl. LMO) HV-Elektrolyte C-Komposite LTO Additive PEM-FC modifiziertes Graphit NCM LFP aktuelle Wettbewerbsfähigkeit aktuelle Wettbewerbsfähigkeit (Standardabweichung > 1,0) = sehr hoch 4 = hoch 3 = mittel = gering 1 = sehr gering Wettbewerbsfähigkeit in fünf bis zehn Jahren 1 Ni-Zn Mg-Luft/Al-Luft Na-S/Na-NiCl (HT) Na-S/Na-NiCl (NT) NCA Lithium-Legierungen Li-Metall Na-Luft Zn-Luft Li-Luft Gel-Polym.-Elektrolyt LMS (inkl. LMO) Li-Polymer-Feststoff Li-Feststoff o. Polym. Redox-Flow modifiziertes Graphit C-Komposite LiPF6-Redukt./Ersatz LTO LIB-(5V) Additive HV-Elektrolyte Li-S PEM-FC LFP NCM Wettbewerbsfähigkeit in 5-10 Jahren Wettbewerbsfähigkeit in 5-10 Jahren (Standardabweichung > 1,0) Abb. 7 (oben): Auf einer Skala von 1 bis 5: Wie schätzen Sie die aktuelle Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands als Standort für die Batterieforschung, -entwicklung und -produktion ein (im internationalen Kontext)? Abb. 8 (unten): Auf einer Skala von 1 bis 5: Wie schätzen Sie die zukünftige Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands (in fünf bis zehn Jahren) bei einer bestmöglichen F&E-Förderung ein? Bedeutung der farbigen Kästen: rot = Schlusslichter, geringste Wettbewerbsfähigkeit; orange = Mittelfeld; grün = wettbewerbfähigste Systeme und Komponenten 8

9 Die größten Entwicklungen in der Wettbewerbsfähigkeit von heute bis in fünf bis zehn Jahren erwarten die Befragten neben den Li-Feststoff-Systemen für Li-S-, LIB-(5V)-, Na-Luft-, Redox-Flow- und Na-S/Na-NiCl-NT-Systeme. 6 1,5 Differenz der Wettbewerbsfähigkeit (in 5-10 Jahren minus heute) 1 0,5 0 NCA LFP LMS (inkl. LMO) modifiziertes Graphit Ni-Zn Na-S/Na-NiCl (HT) Li-Metall Gel-Polym.-Elektrolyt Lithium-Legierungen NCM C-Komposite Mg-Luft/Al-Luft Zn-Luft PEM-FC Li-Luft LTO Additive Na-S/Na-NiCl (NT) LiPF6-Redukt./Ersatz HV-Elektrolyte Redox-Flow Na-Luft Li-Polymer-Feststoff LIB-(5V) Li-S Li-Feststoff o. Polym. Abb. 9: Entwicklung der Wettbewerbsfähigkeit: Differenz aus Wettbewerbsfähigkeit in fünf bis zehn Jahren und aktueller Wettbewerbsfähigkeit (vgl. Werte aus Abb. 7 und Abb. 8). 6 Steigerungen um 0,6 bis 1,4 Punkte auf einer Skala von 1 bis 5. 9

10 .. Vergleich der Wettbewerbsfähigkeitsbewertungen: Umfrage 014 vs = sehr hoch 4 = hoch 3 = mittel = gering 1 = sehr gering 3 1 Umfrage 014 aktuelle Wettbewerbsfähigkeit Umfrage 014 Wettbewerbsfähigkeit in 5-10 Jahren Umfrage 013 aktuelle Wettbewerbsfähigkeit Umfrage 013 Wettbewerbsfähigkeit in 5-10 Jahren Abb. 10: Auf einer Skala von 1 bis 5: Wie schätzen Sie die aktuelle und die zukünftige (in fünf bis zehn Jahren) Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands als Standort für die Batterieforschung, -entwicklung und -produktion ein (im internationalen Kontext)? Pfeile signalisieren eine Veränderung im Vergleich zum Vorjahr um mehr als 1 Punkt auf der Skala und mehr als die durchschnittliche Standardabweichung. Beim Vergleich der Umfrageergebnisse vom Batterieforum Deutschland 014 mit denen vom Batterieforum 013 zeigt sich ein positiveres Stimmungsbild. Die Wettbewerbsfähigkeit für den überwiegenden Teil der Systeme wird besser bewertet als vor einem Jahr. Am stärksten hat sich die Einstufung der Wettbewerbsfähigkeit der Li-Feststoff-Systeme verändert: Die künftige Wettbewerbsfähigkeit von Li-Feststoff-Systemen ohne Polymere ist von gering auf mittel bis hoch gestiegen, auch die von Li-Polymer-Feststoffsystemen hat sich deutlich verbessert. Die Bewertungen der Metall-Luft-Systeme stagnieren hingegen auf einem niedrigen Niveau. 10

11 ..3 Anwendungsbreite: Umfrage 014 vs. 013 Zellsysteme, denen die Befragten eine hohe Anwendungsbreite zugewiesen haben, sind: LIB-(5V), NCM und LFP. Das bedeutet, dass sich diese Zellsysteme für viele verschiedene Anwendungen eignen z. B. sowohl für Plug-in-Hybride als auch stationäre Speicher für Eigenheime. Auch von Neuerungen rund um HV-Komponenten und Elektrolyte versprechen sich die Experten eine hohe Anwendungsvielfalt. Zur Gruppe mit einer mittleren Anwendungsbreite zählen: Li-S, Li-Feststoff, PEM-FC und LMS. Der Vergleich der aktuellen Umfrageergebnisse mit denen vom Batterieforum 013 zeigt einige Veränderungen. Besser bewertet (> 0,5 Skalenpunkte) werden: LIB-(5V) und Li-Feststoff ohne Polymer. Schlechter bewertet (> 0,5 Skalenpunkte) werden: Li-Polymer-Feststoff und Mg-/Al-Luft. Obwohl für Li-S in der aktuellen Umfrage die meisten Bewertungen abgegeben wurden, unterschieden sich die Antworten der Befragten hier am stärksten. 7,8 7 Es wurden Bewertungen von 1 bis 5 auf der 5er-Skala abgegeben (Standardabweichung = 1,16). 8 Standardabweichungen >1,0 ergaben sich in der aktuellen Umfrage auch für: Zn-Luft, Li-Metall, Lithium-Legierungen, LMS, beide Lithium-Feststoff-Systeme, HV-Elektrolyte und LiPF 6-Reduktion/ Ersatz. In der Umfrage im Jahr 013 wiesen alle abgefragten Metall-Luft-Systeme, NCA, LMS, Li- Feststoff o. Polymer und Li-S entsprechende Standardabweichungen auf. 11

12 ..4 F&E-Bedarf bis zum Erreichen der Marktreife = sehr hoch 4 = hoch 3 = mittel = gering 1 = sehr gering 1 LFP NCA LMS (inkl. LMO) Ni-Zn Na-S/Na-NiCl (HT) modifiziertes Graphit LTO PEM-FC Na-S/Na-NiCl (NT) Zn-Luft NCM Gel-Polym.-Elektrolyt Redox-Flow Lithium-Legierungen Li-Metall LiPF6-Redukt./Ersatz C-Komposite Mg-Luft/Al-Luft Na-Luft Li-Polymer-Feststoff Additive Li-Feststoff o. Polym. Li-Luft HV-Elektrolyte LIB-(5V) Li-S Standardabweichung bis 1 Standardabweichung >1 Abb. 11: Auf einer Skala von 1 bis 5: Wie schätzen Sie den F&E-Bedarf für die jeweiligen Komponenten und Zellsysteme ein, bis die Marktreife erreicht wird? Einen geringen F&E-Bedarf bis zum Erreichen der Marktreife sehen die Befragten nur für LFP. In der Gruppe, die nach Ansicht der Experten einen mittleren Bedarf an F&E hat, sind vor allem Systeme zu finden, die bereits in bestimmten Bereichen Marktreife erlangt haben oder kurz davor stehen. In der dritten Gruppe sind alle anderen Systeme zusammengefasst. Für diese wird ein hoher bis sehr hoher Forschungsbedarf erwartet. Die Antworten der Befragten, die aus F&E-Einrichtungen kommen, unterscheiden sich teilweise deutlich von denen, die in der Industrie arbeiten (Abb. 1 und Abb. 13). Die Befragten aus F&E- Li-Polymer-Feststoff NCM Li-Feststoff o. Polym. PEM-FC C-Komposite NCA Additive LMS (inkl. LMO) Redox-Flow Gel-Polym.-Elektrolyt Ni-Zn LiPF6-Redukt./Ersatz LIB-(5V) Lithium-Legierungen LTO modifiziertes Graphit 0 0, 0,4 0,6 0,8 1 um x Skalenpunkte höher bewertet als F&E-Einrichtungen Abb. 1: Einschätzungen der Industrie minus Einschätzungen der F&E-Einrichtungen 1

13 Einrichtungen sehen tendenziell einen höheren Bedarf an Forschung an Post-Lithium-Systemen, diejenigen aus der Industrie an der. und 3. Generation LIB (vgl. Kapitel 3.). 9 HV-Elektrolyte Li-S Zn-Luft Na-Luft Na-S/Na-NiCl (HT) LFP Mg-Luft/Al-Luft Li-Luft Na-S/Na-NiCl (NT) Li-Metall 0 0, 0,4 0,6 0,8 1 um x Skalenpunkte höher bewertet als Industrie Abb. 13: Einschätzungen der F&E-Einrichtungen minus Einschätzungen der Industrie 9 Es gaben durchschnittlich 11 Befragte aus der Industrie Bewertungen zu den einzelnen Punkten dieser Frage ab und 13 aus F&E-Einrichtungen. 13

14 ..5 Wettbewerbsfähigkeit vs. Anwendungsbreite und Entwicklungspotenzial Um die aussichtsreichsten Zellsysteme zu identifizieren, mit denen in Deutschland die Leitanbieterschaft 10 erreicht werden kann, wurden Anwendungsbreite (Abb. 14 und Abb. 15) sowie Entwicklungspotenzial (Abb. 16) gegen die Wettbewerbsfähigkeit heute und in fünf bis zehn Jahren aufgetragen. Laut Befragten sind Systeme mit hoher bis sehr hoher Anwendungsbreite und hohem Entwicklungspotenzial, in denen Deutschland als Standort für die Batterieforschung, -entwicklung und -produktion heute mittelmäßig bis hoch wettbewerbsfähig ist (roter Kreis in den Abbildungen): NCM und LIB-(5V), also ausschließlich Lithium-Ionen-Systeme. Für die kommenden fünf bis zehn Jahre sagen die Befragten für diese Systeme eine hohe Wettbewerbsfähigkeit voraus. LFP wird hoch wettbewerbsfähig eingeschätzt, aber das Entwicklungspotenzial nur mittelmäßig. Vor allem HV-Systeme sollten also nach Ansicht der Befragten gefördert werden. Denn NCM, das ein hohes Potenzial für weitere Materialentwicklungen bietet, kann auch den HV-Systemen zugerechnet werden. Und auch die Entwicklung der Elektrolyte und Anoden in Richtung HV-Stabilität und die Erforschung von Additiven spielt laut Befragten eine wichtige Rolle. Eine hohe Wettbewerbsfähigkeit und ein mittleres bis hohes Entwicklungspotenzial werden künftig auch für folgende Systeme prognostiziert: PEM-FC, Li-S, Li-Feststoff ohne Polymere und Redox-Flow, allerdings wird ihnen nur eine mittlere Anwendungsbreite attestiert. Da sich die Bewertung der künftigen Wettbewerbsfähigkeit, der Anwendungsbreite und des Entwicklungspotenzials von Li-Feststoffsystemen ohne Polymere im Vergleich zum Vorjahr deutlich verbesserte, sollte dieses System verstärkt beobachtet werden. In weiteren Studien wird sich zeigen, ob es sich hier tatsächlich um einen Trend handelt oder nur um Ausreißer. 10 Der Begriff Leitanbieterschaft wurde von der Bundesregierung eingeführt. Siehe dazu: Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS), Hrsg., Elektromobilität Deutschland als Leitmarkt und Leitanbieter, Berlin, Juni

15 5 LIB-(5V) Additive NCM 4 modifiziertes Graphit LiPF6-Redukt./Ersatz C-Komposite HV-Elektrolyte LFP Anwendungsbreite Li-Polymer-Feststoff Li-Feststoff o. Polym. Na-S/Na-NiCl (NT) Mg-Luft/Al-Luft Lithium-Legierungen Li-S LMS (inkl. LMO) PEM-FC Gel-Polym. LTO -Elektrolyt NCA Zn-Luft Redox-Flow Na-Luft Li-Metall Li-Luft Ni-Zn Na-S/Na-NiCl (HT) 5 = sehr hoch 4 = hoch 3 = mittel = gering 1 = sehr gering Wettbewerbsfähigkeit heute Additive 4 modifiziertes Graphit C-Komposite LiPF6-Redukt./Ersatz NCM LIB-(5V) HV-Elektrolyte LFP Anwendungsbreite 3 1 Li-Polymer-Feststoff LMS (inkl. LMO) Gel-Polym.-Elektrolyt Lithium-Legierungen NCA Li-Metall Zn-Luft Na-S/Na-NiCl (NT) Li-Luft Ni-Zn Mg-Luft/Al-Luft Na-Luft Na-S/Na-NiCl (HT) Li-Feststoff o. Polym. Li-S PEM-FC LTO Redox-Flow 5 = sehr hoch 4 = hoch 3 = mittel = gering 1 = sehr gering Wettbewerbsfähigkeit in 5-10 Jahren Abb. 14 (oben) und Abb. 15 (unten): Die Diagramme zeigen die Ergebnisse der Frage nach der Anwendungsbreite aus der Umfrage 014 (vgl. Kapitel..3) in Abhängigkeit von der Wettbewerbsfähigkeit 014 (oben, vgl. Kapitel..1) bzw. der Wettbewerbsfähigkeit in fünf bis zehn Jahren (unten). Der hellrote Kreis deutet an, wie die aktuelle Wettbewerbsfähigkeit der Systeme im dunkelroten Kreis (zukünftige Wettbewerbsfähigkeit) eingeschätzt wird. 15

16 5 Entwicklungspotenzial 4 3 Mg-Luft/Al-Luft NCA C-Komposite Li-Polymer-Feststoff Gel-Polym.-Elektrolyt Lithium-Legierungen Li-Metall LIB-(5V) Li-Feststoff o. Polym. Zn-Luft Na-Luft Ni-Zn Li-Luft Na-S/Na-NiCl (NT) Na-S/Na-NiCl (HT) Redox-Flow LMS (inkl. LMO) Additive HV-Elektrolyte LFP NCM LiPF6-Redukt./Ersatz Li-S PEM-FC LTO modifiziertes Graphit Wettbewerbsfähigkeit in 5-10 Jahren 5 = sehr hoch 4 = hoch 3 = mittel = gering 1 = sehr gering Abb. 16: Das Diagramm zeigt die Ergebnisse der Frage nach dem Entwicklungspotenzial (vgl. Kapitel 3.3, Frage 1) in Abhängigkeit von der attestierten Wettbewerbsfähigkeit in fünf bis zehn Jahren (vgl. Kapitel..1). Der hellrote Kreis deutet an, wie die aktuelle Wettbewerbsfähigkeit der Systeme im dunkelroten Kreis (zukünftige Wettbewerbsfähigkeit) eingeschätzt wird. 16

17 ..6 Förderschwerpunkte für einzelne Systeme NCM LIB-(5V) Li-Luft LFP Li-S PEM-FC Additive Li-Metall LTO Redox-Flow HV-Elektrolyte Lithium-Legierungen Li-Feststoff o. Polym. Li-Polymer-Feststoff Zn-Luft Gel-Polym.-Elektrolyt LiPF6-Redukt./Ersatz C-Komposite modifiziertes Graphit NCA Na-Luft LMS (inkl. LMO) Mg-Luft/Al-Luft Na-S/Na-NiCl (NT) Na-S/Na-NiCl (HT) Ni-Zn Si-Luft 0% 0% 40% 60% 80% 100% Grundlagen/Konzepte Prozess-/Produktionstechnik (Zelle) Recycling weiß nicht Materialentwicklung Systemebene (Batterie) Sonstige ungültig Abb. 17: Mehrfachnennungen möglich: In welchen Bereichen sollten in Deutschland in den kommenden fünf bis zehn Jahren die Förderschwerpunkte für die einzelnen Komponenten und Zellsysteme liegen? Die Förderschwerpunkte, welche die Befragten für die kommenden fünf bis zehn Jahre in Deutschland setzen, sind ein Indiz für den Entwicklungsstand der einzelnen Komponenten und Zellsysteme. 17

18 Abb. 18 bis Abb. 1 zeigen die höchsten Bewertungen nach Forschungsbereichen unterteilt dargestellt. 11 Wie in Kapitel..5 zeigt sich die hohe Bedeutung der Elektrolyt- und C-Komposit-Entwicklung. Mg-Luft/Al-Luft Li-Luft Na-Luft Li-Feststoff o. Polym. Li-Metall Li-S 50,0% 40,4% 34,1% 30,6% 8,9% 6,7% 0% 5% 50% Abb. 18: Die Systeme und Komponenten, für welche die Befragten am häufigsten einen Förderschwerpunkt auf Grundlagen/Konzepte setzen. Gel-Polym.-Elektrolyt C-Komposite HV-Elektrolyte LiPF6-Redukt./Ersatz Additive modifiziertes Graphit Lithium-Legierungen 45% 43% 41% 48% 48% 45% 50% 0% 5% 50% Abb. 19: Die Systeme und Komponenten, für welche die Befragten am häufigsten einen Förderschwerpunkt auf Materialentwicklung setzen. LFP modifiziertes Graphit Gel-Polym.-Elektrolyt LTO PEM-FC Ni-Zn C-Komposite LMS (inkl. LMO) Redox-Flow NCM 35,4% 35,1% 31,3% 31,0% 30,9% 30,8% 30,3% 9,4% 8,6% 6,6% 0% 5% 50% Abb. 0: Die Systeme und Komponenten, für welche die Befragten am häufigsten einen Förderschwerpunkt auf Prozess- und Produktionstechnik (Zelle) setzen. PEM-FC Na-S/Na-NiCl (HT) Redox-Flow LFP 3,7% 30,8% 8,6% 7,1% 0% 5% 50% Abb. 1: Die Systeme und Komponenten, für welche die Befragten am häufigsten einen Förderschwerpunkt auf Systemebene (Batterie) setzen. LMS (inkl. LMO) NCA LFP NCM 3,5% 1,% 18,8% 17,% 0% 5% 50% Abb. : Die Systeme und Komponenten, für welche die Befragten am häufigsten einen Förderschwerpunkt auf Recycling setzen. 11 Si-Luft und Ni-Zn wurden aus diesen Diagrammen entfernt, weil weniger als 50 Prozent der Antwortenden eine Wertung für diese Systeme abgaben. Die Weiß nicht -Angaben wurden bei der Berechnung dann nicht mehr berücksichtigt. 18

19 ..7 Förderschwerpunkte für einzelne Systeme: Umfrage 014 vs. 013 LMO LFP NCA NCM LIB-(5V) Li-Polymer-FS Zn-Luft Li-S Li-FS o. Polym. Li-Metall Li-Luft Al-/Mg-Luft 0% 0% 40% 60% 80% 100% Grundlagen/Konzepte Materialentwicklung Prozess-/Produktionstechnik Grundlagen/Konzepte (013) Materialentwicklung (013) Prozess-/Produktionstechnik (013) Abb. 3: Aufgetragen sind in diesem Diagramm die Antworten auf die Frage zu den Förderschwerpunkten der Umfrage im Jahr 014 (vgl. Abb. 17) und 013 im Vergleich. Pfeile markieren Veränderungen zum Vorjahr ab 15 Prozentpunkten. Im Vergleich zur Umfrage im Vorjahr setzen die Teilnehmer bei allen abgefragten Systemen weniger Schwerpunkte auf die Grundlagenforschung und mehr auf die Materialentwicklung sowie die Erforschung der Prozess- und Produktionstechnik. Einzige Ausnahme ist NCA, bei dem sich auch der Anteil der Prozess- und Produktionstechnik im Vergleich zum Vorjahr verkleinerte (vgl. Abb. 3). 19

20 .3 SWOT-Analyse über Deutschland als Leitanbieter von Energiespeichern Im Rahmen der Ad-hoc-Befragung beim Batterieforum Deutschland 013 wurden die Teilnehmer gebeten, die Stärken, Schwächen, Chancen und Risiken (SWOT) von Deutschland als Standort für die Leitanbieterschaft 10 für Batterien aufzuschreiben. Außerdem sollten Vorschläge für den Förderbedarf gemacht werden, die daraus resultieren. Die Ergebnisse sind im folgenden Kapitel (.3.1) zusammengefasst. In der aktuellen Umfrage wurden die Teilnehmer aufgefordert, die Ergebnisse aus dem Vorjahr anzuschauen. Dann sollten Sie angeben, ob Sie mit den Einschätzungen zufrieden sind und ggf. Änderungsvorschläge machen (Kapitel.3.). 0

21 .3.1 SWOT-Analyse 013 Stärken a. Anlagen- und Maschinenbau generell b. Exzellente und breite Forschung c. Grundlagenforschung d. (Elektro-)Chemie Batteriekomponenten e. Materialforschung und -entwicklung f. Prozess- und Produktionstechnik sowie Automatisierung g. Qualitätsarbeit Made in Germany h. Automobilhersteller und Zulieferindustrie i. Elektro- und Verfahrenstechnik Schwächen a. Know-how in Batteriefertigung, Prozess- und Produktionstechnologien b. Insbesondere Zellfertigung (und Volumen) fehlt c. Umsetzung bzw. Umsetzungsgeschwindigkeit (z. B. Verwaltung, andere Wettbewerber schneller als Deutschland) d. (Zell-)Kosten sind zu hoch (u. a. Energiekosten) e. Zu wenige und erfahrene Fachkräfte f. Preisproblematik bzgl. Konkurrenz zu Asien g. Zu wenig deutsche Akteure und Absatzmarkt (zu) klein h. Fehlende Roadmap für Deutschland (Masterplan/Energiewende) Chancen a. Ausbau der Zellproduktion (. Batterie- Generation), Materialentwicklung (nächste Generation), mit 4. Generation führend werden (Forschung und Patente) b. Neue, breite Entwicklungsfelder und Märkte u. a. für die deutschen Anlagen- und Maschinenbauunternehmen sowie die Erstausrüster (OEM) c. Möglichkeit, dass ein ausländischer Zellhersteller in Deutschland produziert (Arbeitskräfte und Zulieferer werden dann benötigt!) d. Bedarfe durch Energiewende (Deutschland und Europa) bzw. steigende Kosten fossiler Energie e. Qualität, Zuverlässigkeit und Sicherheit f. Neues Spiel bei großformatigen Zellen, Deutschlands Kompetenz in der Systemintegration wird gebraucht g. Gesamte Wertschöpfungskette vorhanden h. Standardisierung Risiken a. Öffentlichkeit gegenüber neuen Technologien eher abgeneigt, Diskussion über Sicherheit oft emotional und unseriös, Betonung der Risiken b. Große Investitionen über längere Zeit notwendig, Batterie-Startups dafür zu klein. Verzögert sich ROI, wie soll Insolvenzwelle vermieden werden? c. Rohstoffknappheit bzw. -preisanstieg durch Investitionen bzw. Recycling vorbeugen d. Förderpolitik muss kontinuierlich und langfristig verlässlich laufen Energie- und Klimafonds? e. Förderpolitik für Elektrofahrzeuge und stationäre Speicher (Entwicklung bedarfsgerechter Technologien mit erneuerbaren Energien?) f. Keine wettbewerbsfähigen Preise, u. a. wegen Energiekosten und -wende g. Konzentration in Förderung zu stark auf LIB (Unterstützung alternativer Technologien nötig) h. Zu wenig qualifiziertes und erfahrenes Personal Förderbedarf a. Förderung von Kooperationen zwischen Industrie und Wissenschaft (Dialog und Vernetzung Batterieforum), z. B. im Bereich der Zellentwicklung und -produktion b. Förderplattformen: Förderung fokussieren und Aktivitäten zusammenführen c. Förderung von anwendungs- bzw. marktorientierter Forschung bzw. Förderung der Umsetzung von Forschungsergebnissen in konkreten Anwendungen und Produkten d. Förderung von produktionsnaher Forschung mit Pilotlinien für Industrie und Wissenschaft e. Förderung von Grundlagenforschung (Konzept- und Materialentwicklung) künftiger Batteriegenerationen und alternativer Technologien f. Förderung von Ausbildungs- und Recruiting-Maßnahmen g. Beobachtung der Kostenentwicklung und Verfolgung von Low-cost-Ansätzen h. EEG-Umbau mit der Förderung von Energiespeichern 1

22 .3. SWOT-Analyse 014 Alle Befragten beantworten die folgende Frage: Bitte schauen Sie sich die SWOT-Analyse an, welche die Teilnehmer des Batterieforums im vergangenen Jahr entwickelt haben: Entspricht Sie Ihren Einschätzungen? Tragen Sie bitte ein, was Sie ändern möchten. Insgesamt 58 Prozent stimmen der SWOT Analyse aus dem Vorjahr uneingeschränkt zu. Von den 40 Prozent der Befragten, die mit Nein antworten, lehnt niemand die Analyse vollständig ab. Sie schlagen stattdessen Änderungen für einzelne Punkte vor und zwar im Durchschnitt drei. Davon können viele den bereits vorhandenen Kategorien zugeordnet werden und somit als Bestätigung verstanden werden. Die meisten Punkte ergänzen die Befragten im Bereich Förderbedarf. In der folgenden Tabelle sind die Beiträge, die (in ähnlicher Form) in der SWOT-Analyse von 013 enthalten sind, in grau angegeben. Änderungsvorschläge Stärken Forschung ist im internationalen Maßstab nicht exzellent (von zwei Befragten eingetragen) F&E 1 Komponentenherstellung Verfahrenstechnik Automobilhersteller Chancen Technologieexport EU-Welt Wettbewerbsdruck und Erfahrung aus PV führen zu exzellenten Lösungen und deren Umsetzung weitere Vernetzung der Forschung und Auffüllung der Tätigkeitsfelder (Reduktion von Redundanz) Joint-Ventures können Mittelstand und Großindustrie verbinden zu d): Kosten für fossile Energie steigen zu wenig und wenn, dann durch erneuerbare Energien getrieben Steuerung verbessern Batterietransport ist teuer (Anforderungen UN xxx; auch Sicherheit) Chance für Werk in EU a) h) sind für mich keine Chancen (Chance = externer positiver Faktor) Sicherheit nicht schlechter als Verbrennungsmotor Gesetze [95 g(co )/km] ambitionierter als USA, Asien Schwächen Alleinstellungsmerkmal für Zellproduktion in D nicht gegeben Kopie Stand der Technik macht keinen Sinn Finanzierungszugänglichkeit, Kreditwürdigkeit Asien als Konkurrenz? Zellfertigung konservative Planung high material cost Fachkräftemangel allgemein Zellfertigungskosten d) sind bei EOS etwa 5 %, d. h. nicht zu hoch Unternehmerischer Mut, out of the box thinking politische Strategie für die Infrastruktur Risiken analog PV: Forschung in D, Fertigung in Asien Sprung von F&E zu funktionsfähigem Produkt wird nicht geschafft (Investitionen fehlen) Rohstoffe werden schlecht recycelt zu schnelles Aufgeben der Investoren Batterieproduktion = Skalengeschäft wenige große Player, die es in Asien schon gibt! Entwicklungsfortschritt in Asien E-Auto nicht akzeptiert zu viel Fokus auf E-Mobil 1 Grau sind die Beiträge, die (in ähnlicher Form) in der SWOT-Analyse von 013 enthalten sind.

23 Förderbedarf klassische LIB: Zellfertigung und Aufbau einer kommerziellen Produktion Industrienahe, fertigungsnahe Förderung wie Steuerentlastungen, Sonderabschreibungen Fokussierung auf Grundlagen Sicherung gewerblicher Schutzrechte, um Alleinstellungsmerkmal gegenüber Asien zu erreichen Ergänzung: Förderung des Aufbaus der H -Infrastruktur für PEM-FC Förderung im Bereich der Grundlagenforschung hinsichtlich des Verständnisses der Funktionsweise von Batterien bzw. elektrochemischen Systemen (Ziel: Modellierung von Batterien Simulation als Tool des Engineerings und Plattform für F&E und Applikation) Kaufanreize für Kunden schaffen (vgl. E-Autos in Schweden) direkte Förderung der Industrie wie in Japan, Korea... Wenn schon in Deutschland jeder für sich arbeitet... während in Japan schon noch ein "Gemeinschaftsgeist" herrscht, Dinge national koordiniert/gefördert werden. Wie sollen wir sonst mithalten kurzfristige Investitionen stark besteuern Hedgefonds unter Strafe stellen, bessere Patentierbarkeit und Unterstützung bei der Patentierung von Technologien d) muss gestärkt werden. Für die Unternehmen müssen wir die aktuelle Durststrecke überwinden, um bereit zu sein für den großvolumigen Markt h) EEG-Umbau zu siehe Chancen d) [dort steht: d) Kosten für fossile Energie steigen zu wenig und wenn, dann durch erneuerbare getrieben Steuerung verbessern] differenzierte Betrachtung von Batterietypen im Straßentransport (BM Verkehr) Mut von Kleinunternehmen belohnen! Bürokratie stärker meiden Zellfertigung Ausbildung theoretische Grundlagen Zellfertigung neben Fördertopfphilosophie echtes Commitment der Industrie C-Si-Anoden und Elektrolyte dafür HV-Kathoden und HV-Elektrolyte HE-Kathoden 3

24 .4 Persönliche Top 3 der wichtigsten Zell- und Batteriesysteme Von allen Teilnehmer an der Umfrage geben mehr als 80 Prozent eine Antwort auf die folgende Frage: Nennen Sie die drei wichtigsten Zell- oder Batteriesysteme, auf die sich die Forschung in den kommenden fünf bis zehn Jahren konzentrieren sollte! Li-S 15% Metall-Luft 6% Li-FS 8% Redox-Flow 6% sonstige 5% LIB allgemein: 60 Prozent 1. LIB-(5V): 17 Prozent. NCM: 16 Prozent Andere Systeme: 40 Prozent 3. Li-S: 15 Prozent LIB allgemein 60% LIB. Generation; % HE-LIB; 3% LFP; 6% LIB-(5V); 17% LIB allgemein, 16% NCM; 16% 4

25 .5 Zell und Batteriesysteme, die an Bedeutung gewonnen haben.5.1 elektromobile Anwendungen Auf die Frage Haben bestimmte Zell- oder Batteriesysteme für elektromobile Anwendungen im Vergleich zum Vorjahr an Bedeutung gewonnen? antworten die Befragten wie folgt 13 : Keine Angabe 6% Nein 37% Ja 37% Li-S; 1 PEM- FC; 1 LIB; 13 LIB-(5V); 1 All-solid-state- Dickschicht; 1 NCA; 1 LFP; ; LIB, statt Post-LIB; NCM; 3 13 Bei der Darstellung der Antworten zu der Frage, welche Systeme an Bedeutung gewonnen haben, wurde auf eine prozentuale Berechnung verzichtet und die tatsächlich Anzahl der Nennungen dargestellt, um eine Fehlinterpretation der Grafiken zu vermeiden. 5

26 .5. stationäre Anwendungen Auf die Frage Haben bestimmte Zell- oder Batteriesysteme für stationäre Systeme im Vergleich zum Vorjahr an Bedeutung gewonnen? antworten die Befragten wie folgt 14 : Keine Angabe 8% Nein 44% Ja 8% Redox- Flow; 4 Bleisäure durch Förderung von Solarspeichern; 1 LIB; 7 All-solid-State- Dickschicht; 1 LIB allgemein; 1 LTO; LFP; 1 NCM; 14 Bei der Darstellung der Antworten zu der Frage, welche Systeme an Bedeutung gewonnen haben, wurde auf eine prozentuale Berechnung verzichtet und die tatsächlich Anzahl der Nennungen dargestellt, um eine Fehlinterpretation der Grafiken zu vermeiden. 6

27 .6 Aussichtsreichste Geschäftsmodelle Mehr als 85 Prozent beantworten die folgende Frage: Welche Anwendungen für Energiespeicher wird in Deutschland das erfolgreichste Geschäftsmodell darstellen (z. B. Plug-in-Hybrid, stationäre Speicher für das Eigenheim usw.)? 100% 90% 80% sonstige Brennstoffzelle 70% 60% 50% 40% 30% 0% stationäre Speicher Elektromobilität allgemein EV 10% HEV 0% kurzfristig (<5 Jahre) mittelfristig (5-10 Jahre) langfristig (>10-15 Jahre) 7

28 3 Anhang 3.1 Abkürzungsverzeichnis Al-Luft BMS C-Komposite EKF EOL EV F&E Fh-ISI HE-... hini-ncm HEV HV-... HT-... ISI Aluminium-Luft-Batterie oder -System Batterie-Management-System Kohlenstoff-Komposit-Anoden Energie- und Klimafonds von englisch End of Life Lebensende Elektrofahrzeug (von englisch Electric Vehicle) Forschung und Entwicklung Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung Hochenergie-... Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Mischoxid-Elektroden mit hohem Nickelgehalt Hybrid-Elektrofahrzeug (von englisch Hybrid Electric Vehicle) Hochvolt-... Hochtemperatur-... Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung KLiB Kompetenznetzwerk Lithium-Ionen Batterien e. V. LFP Li-Feststoff Li-FS Li-Ion Li-Luft Li-Metall LMP Li-FS o. Polymer Li-FS-Polymer Li-S LIB LIB-(5V) LIB-LFP Lithiumeisenphosphat Lithium-Feststoff-Batterie oder -System Lithium-Feststoff-Batterie oder -System Lithium-Ionen-Batterie oder -System Lithium-Luft-Batterie oder -System Lithium-Metall-Batterie oder -System Lithium-Metall-Phosphat-Batterie oder -System Lithium- Feststoff-Batterie oder System ohne Polymere Lithium-Polymer-Feststoff-Batterie oder -System Lithium-Schwefel-Batterie oder -System Lithium-Ionen-Batterie 5-Volt-Lithium-Ionen-Batterie Lithium-Ionen-Batterie Lithiumeisenphosphat 8

29 LIB-LMO LIB-LMS LIB-NCA LIB-NCM LiTFSI LMO LMS LTO Mg-Luft n Na-Luft Na-NiCl (HT) Na-NiCl (NT) Na-S Na-S (HT) Na-S (NT) NCA NCM Ni-Zn NT-... OEM PHEV PEM-FC Redox-Flow ROI Si-Luft SOC Zn-Luft Lithium-Ionen-Batterie auf Lithiummanganoxid-Basis Lithium-Ionen-Batterie auf Lithiummangan-Spinell-Basis Lithium-Ionen-Batterie auf Nickel-Cobalt-Aluminium- Mischoxid-Basis Lithium-Ionen-Batterie auf Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt- Mischoxid-Basis Lithiumbis(trifluoromethansulfonyl)imid Lithiummanganoxid Lithiummangan-Spinell Lithium-Titanat-Batterie oder -System Magnesium-Luft-Batterie oder -System Anzahl der Befragten, die eine Antwort zu einer bestimmten Frage abgegeben haben Natrium-Luft-Batterie oder -System Hochtemperatur-Natrium-Nickelchlorid-Batterie oder -System Niedrigtemperatur-Natrium-Nickelchlorid-Batterie oder System Natrium-Schwefel-Batterie oder -System Hochtemperatur-Natrium-Schwefel-Batterie oder -System Niedrigtemperatur-Natrium-Schwefel-Batterie oder -System Nickel-Cobalt-Aluminium-Mischoxid Lithium-Nickel-Cobalt-Mangan-Mischoxid Nickel-Zinn-Batterie Niedrigtemperatur-... von englisch Original Equipment Manufacturer Erstausrüster von englisch Plug-in Hybrid Electric Vehicle Plug-in-Hybrid- (Elektro-)Fahrzeug Membran- oder PEM-Brennstoffzelle (von englisch Polymer Electrolyte Membrane und englisch Fuel Cell) Redox-Fluss-Batterie von englisch Return on Investment Kapitalrendite, Anlagenrendite Silicium-Luft-Batterie von englisch state of charge Ladezustand Zink-Luft-Batterie oder System 9

30 3. Batteriesystemunterteilung in Generationen 1. Generation (LIB) kleinskalige Lithium-Ionen-Systeme zum Einsatz in der Consumer-Elektronik, aus Sicherheitsgründen nur bedingt in Elektrofahrzeugen einsetzbar LIB-LCO Graphit organische Carbonate/LiPF 6 Lithium-Cobaltoxid-Kathoden Graphit-Anoden organische Carbonate mit LiPF 6-Salzen als Elektrolyte. Generation (LIB) Lithium-Ionen-Systeme unter Ausschluss von LCO; sicherer, als 1. Generation; Schicht-, Spinell- oder Olevin- Strukturen; Systeme, die bereits in verfügbaren Elektroautos eingesetzt werden Stand Januar 014 LIB-LFP LIB-LMS (inkl. LMO) LIB-NCA LIB-NCM LTO modifiziertes Graphit C-Komposite Lithium-Legierungen Additive und LiPF 6-Reduktion/-Ersatz Gel-Polymer-Elektrolyte 3. Generation (LIB) Hochvolt-Lithium-Ionen-Systeme (5 Volt) LIB-(5V) HV-Elektrolyte Lithiumeisenphosphat-Kathoden Lithiummangan-Spinell-Kathoden (inklusive Lithiummanganoxid) Nickel-Cobalt-Aluminium-Mischoxid-Kathoden Lithium-Nickel-Cobalt-Mangan-Mischoxid-Kathoden Lithium-Titanat-Anoden modifizierte Graphit-Anoden Kohlenstoff-Komposit-Anoden (z. B. mit Si) Lithium-Legierung-Anoden (z. B. mit Al, Si, Zn) Elektrolytoptimierung durch Additive und LiPF 6-Reduktion/Ersatz Gel-Polymer-Elektrolyte (mit flüssiger Komponente) 5V-Lithium-Ionen-Batterien Hochvolt-Elektrolyte 4. Generation (Post-LIB) Post-Lithium-Ionen-Systeme; grenzt sich durch Technologiesprung bzgl. der Energiedichte und somit der Reichweite von Elektrofahrzeugen gegenüber der 3. Generation ab Li-S Li-FS-Polymer Li-FS Zn-Luft Na-Luft Li-Luft Mg-Luft Al-Luft Si-Luft Li-Metall Weitere Systeme Na-S/Na-NiCl (HT) Na-S/Na-NiCl (NT) Redox-Flow PEM-FC (H, CH 4, CH 3OH) Ni-Zn Lithium-Schwefel-Batterien Lithium-Polymer-Feststoffbatterien Lithium-Feststoff-Batterien (kein Polymer-Feststoffelektrolyt) Zink-Luft-Batterien Natrium-Luft-Batterien Lithium-Luft-Batterien Magnesium-Luft-Batterien Aluminium-Luft-Batterien Silicium-Luft-Batterien Lithium-Metall-Anoden Hochtemperatur-Natrium-Schwefel- und Hochtemperatur-Natrium-Nickelchlorid-Batterien Niedrigtemperatur-Natrium-Schwefel- und Niedrigtemperatur-Natrium-Nickelchlorid-Batterien Redox-Fluss-Batterien PEM-Brennstoffzelle mit Wasserstoff-, Methan- oder Methanoltank Nickel-Zinn-Batterie 30

31 3.3 Fragebogen zur Ad-hoc-Befragung

32 3

33 33

34 34

35 4 Impressum Herausgeber Dr. Michael Krausa Kompetenznetzwerk Lithium-Ionen-Batterien e. V. (KLiB) Friedrichstr Berlin Projektbetreuung und Kontakt Dominik Sollmann (KLiB) Referent Batterieforum Deutschland Telefon dominik.sollmann@klib-org.de Projektträger Jülich Geschäftsbereich: Neue Materialien und Chemie, NMT 545 Jülich Projektbetreuung: Dr. Peter Weirich Förderung Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Referat 511, Neue Werkstoffe, Nanotechnologie; KIT Bonn Autor Dominik Sollmann (KLiB) mit freundlicher Unterstützung von Dr. Axel Thielmann stellvertretender Leiter des Competence Centers Neue Technologien, Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung ISI Stand Mai 014, Juni 015. korrigierte Auflage 35