Batterie-Roadmapping und Markt-Monitoring für die Elektromobilität 2030+

Transkript

1 Batterie und Markt für die Elektromobilität Dr. Axel Thielmann stellv. Leiter Competence Center Neue Technologien FraunhoferInstitut für System und Innovationsforschung ISI hypermotion Frankfurt am Main, 22. November BEMA Folie 0 von 13

2 Aus Sicht der Kommerzialisierung und Wertschöpfung steht die Batterietechnologie noch am Anfang Quellen: Thielmann et al. : GesamtRoadmap LithiumIonen Batterien 2030, Fraunhofer ISI; Thielmann et al. : Deutschland auf dem Weg zum Leitmarkt und Leitanbieter?; C. Pillot, Avicenne ; weitere diverse Marktstudien hypermotion Frankfurt am Main, 22. November BEMA Folie 1 von 13

3 Batterienachfrage in GWh Kommerzialisierung Phase I Kommerzialisierung Phase II Kommerzialisierung Phase III Pb NiCd (1950er Serienreife) Pb: breite Diffusion Starterbatterien er NaNiCl, NaS NiMH 1989 Starterbatterien LIB 1991 Power Tools Industriell Stationär (ESS) HEV EV Industriell ESS, sonst. ESS Batterienachfrage in GWh hypermotion Frankfurt am Main, 22. November BEMA Folie 2 von 13

4 Innovationszyklen sind lang und können einige Jahrzehnte dauern. Es braucht Zeit von der Grundlagenforschung bis zur Kommerzialisierung. Optimierte LithiumIonen Batterien als Schlüsseltechnologie der Emobilität Wir befinden uns immer noch am Anfang eines Transformationsprozesses. Die Nachfrage nach Batterien steigt noch um ein Vielfaches. xev Anwendungen dominieren die Batterienachfrage der Zukunft Wir brauchen langfristig Technologiealternativen für die Zukunft. Disruptionen waren und sind weiterhin möglich. Grenzen der Technologien vs. Anwendungen (Rahmenbedingungen, Geschäftsmodelle, ) müssen besser verstanden werden LiFeststoff? LIB LiS? alternative Technologien Nabasiert, MeS, MeLuft,? Quellen: Thielmann et al. : GesamtRoadmap LithiumIonen Batterien 2030, Fraunhofer ISI; Thielmann et al. : Deutschland auf dem Weg zum Leitmarkt und Leitanbieter?; C. Pillot, Avicenne ; weitere diverse Marktstudien hypermotion Frankfurt am Main, 22. November BEMA Folie 3 von 13

5 Quelle: Thielmann, A.; Friedrichsen, N.; Hettesheimer, T.; Hummen, T.; Sauer, A.; Schneider, C.; Wietschel, M. ():. Deutschland auf dem Weg zum Leitmarkt und Leitanbieter? Karlsruhe: Fraunhofer ISI. hypermotion Frankfurt am Main, 22. November BEMA Folie 4 von 13

6 Batteriemarkt von Pb dominiert ( GWh) LIB Markt bei etwa 2030 GWh (KonsumerAnwendungen) +15 GWh bis : 38 EV Modelle (25 HEV, 2 PHEV, 11 BEV) +15 GWh +15 GWh LIBNachfrage für Elektroautos beginnt (50 Tsd BEV/PHEV in 1. GWh) Quelle: Fraunhofer ISI :. Deutschland auf dem Weg zum Leitmarkt und Leitanbieter? hypermotion Frankfurt am Main, 22. November BEMA Folie 5 von 13

7 Roadmaps /: Fokus auf disruptive Technologieentwicklungen Diskussion um evolutionär vs. disruptiv, Anwendungsanforderungen noch unklar Roadmaps : Anwendungsportfolio Elektromobil/Stationär wird aufgezeigt Diskussion um Energiedichte und Kosten von LIB (international) Quellen: Fraunhofer ISI : TechnologieRoadmap LithiumIonen Batterien 2030 (Grafik oben); Nationale Plattform Elektromobilität, Endbericht, (Grafik unten) hypermotion Frankfurt am Main, 22. November BEMA Folie 6 von 13

8 LIBNachfrage entwickelt sich Japan ist Leitanbieter, Korea secondmover (LIB) für Elektromobilität: Positionierung im Ländervergleich 9% Leitmarkt & LeitanbieterKategorien (Technologie, Industrie, Markt, Nachfrage) 30 Indikatoren max. 100% erreichbar +15% Tesla Gigafactory Ankündigung und Leitmarkt USA () 5% 7% +0% China stellt ab Produktion und Nachfrage (BEV, Busse,..) auf den Kopf Diskussion um Zellproduktion und Diversifizierung der Anwendungen +1% Quellen: Fraunhofer ISI :. Deutschland auf dem Weg zum Leitmarkt und Leitanbieter? Fraunhofer ISI :. Deutschland auf dem Weg zum Leitmarkt und Leitanbieter? hypermotion Frankfurt am Main, 22. November BEMA Folie 7 von 13

9 : Differenzierte Betrachtung von EV/ESS Anwendungen Libasierte Batterien als Plattformtechnologie auch jenseits Elektromobilität breit einsetzbar. Alternative Technologien müssen ihren Mehrwert aufzeigen Gravimetrische Energiedichte (Zelle) Wh/kg Feststoff? Gegenüberstellung: Technologieangebot und Anforderungen je nach Anwendung Differenzierung nach Zellchemien, Zellformaten, Zell vs. Systemebene, : Normative (HEBatterien) vs. explorative Roadmaps (alternative Technologien) Quelle: Fraunhofer ISI : GesamtRoadmap für die Elektromobilität 2030 hypermotion Frankfurt am Main, 22. November BEMA Folie 8 von 13

10 Trendszenario Nachfrage 2025 ( GWh) Ausblick: MarktDiversifizierung erfordert breiteres Ø 50 GWh/Jahr Leitanbieter: China, Japan, Korea bauen Zellproduktion aus, Etablierung neuer Player? Leitmarkt: Dt. OEM erzeugen rund 20% der globalen LIBEV Nachfrage [global 500 () bis >600 () xev Modelle] Quelle: Daten das Fraunhofer ISI auf Basis >50 Zellhersteller/Standorte, Stand: 08/ hypermotion Frankfurt am Main, 22. November BEMA Folie 9 von 13

11 Libasierte HE automotive BatterieRoadmap Oxides, C LIB NMC, NCA NMC/ NCA, C Si/C Libased HE Nirich, Si/C = 5%, El additive HENMC, Si/C > 5% HVSpin., El. comp. change Si/C 20% R&D, Prototyping LFP, Polymer, LiMe LiAll Solid State HE NMC, Hybride, LiMe NMC/NCA, Ceramic, LiMe Anforderungen: mittlere Werte für alle Zellformate Wh/kg /kwh Wh/kg /kwh Wh/kg /kwh Benchmark! Ausblick: Technologieentwicklung HEautomotive Batterien über Wechsel aller Zellkomponenten (Kathode, Elektrolyt/Separator, Anode) bis hin zur Feststoffbatterie mit LiMeAnode und HEKathode. hypermotion Frankfurt am Main, 22. November BEMA Folie 10 von 13

12 Markthochlauf mit optimierten LIB + Neue Player + Neue Player reale Produktion (Annahmen: Ausbeute ~ 90% FabrikAuslastung ~ 85%) Etablierte Player Etablierte Player reale Produktion (Annahmen: Ausbeute ~ 90% FabrikAuslastung ~ 85%) Quelle: Daten das Fraunhofer ISI auf Basis >50 Zellhersteller/Standorte, Stand: 10/; Vgl. VDMA : Roadmap BatterieProduktionsmittel hypermotion Frankfurt am Main, 22. November BEMA Folie 11 von 13

13 Nächste Schritte im und Roadmap (update ) mit Fokus auf HochenergieBatteriesysteme (normativ) FuEHerausforderungen (Red Brick Walls), Lösungsansätze und Anforderungen (automotive) Alternative Batteriesysteme (explorativ) Zukunftsperspektiven und FuEHerausforderungen, mögliche Zukunftsanwendungen Veröffentlichung im Dezember Veröffentlichungen in BEMA: (Dez ) Roadmap (Dez ) (Dez ) Foliensätze zum () Foliensätze zum () BMBF Broschüre Batterie () hypermotion Frankfurt am Main, 22. November BEMA Folie 12 von 13

14 Fraunhofer ISI BEMA Projektteam (BMBFFörderkennzeichen 03XP0040B) Dr. Axel Thielmann (Projektleitung) Stellv. Leiter Competence Center Neue Technologien, Leiter Geschäftsfeld Industrielle Technologien FraunhoferInstitut für System und Innovationsforschung ISI Breslauer Straße Karlsruhe, Deutschland Tel Dr. Tim Hettesheimer (wiss. Mitarbeiter) Competence Center Energietechnologien und Energiesysteme FraunhoferInstitut für System und Innovationsforschung ISI Breslauer Straße Karlsruhe, Deutschland Tel Karin Herrmann (Projektassistenz) Competence Center Neue Technologien FraunhoferInstitut für System und Innovationsforschung ISI Breslauer Straße Karlsruhe, Deutschland Tel Fax Dr. Christoph Neef (wiss. Mitarbeiter) Competence Center Neue Technologien FraunhoferInstitut für System und Innovationsforschung ISI Breslauer Straße Karlsruhe, Deutschland Tel Fax Dr. Henning Döscher (wiss. Mitarbeiter) Competence Center Neue Technologien FraunhoferInstitut für System und Innovationsforschung ISI Breslauer Straße Karlsruhe, Deutschland Tel Fax Prof. Dr. Martin Wietschel Stellv. Leiter Competence Center Energietechnologien und Energiesysteme, Leiter Geschäftsfeld Energiewirtschaft FraunhoferInstitut für System und Innovationsforschung ISI Breslauer Straße Karlsruhe, Deutschland Tel , hypermotion Frankfurt am Main, 22. November BEMA Folie 13 von 13