Batterie und Markt für die Elektromobilität 2030+ 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
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
Batterienachfrage in GWh Kommerzialisierung Phase I Kommerzialisierung Phase II Kommerzialisierung Phase III Pb NiCd (1950er Serienreife) Pb: breite Diffusion Starterbatterien 1969 1990er 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
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
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
Batteriemarkt von Pb dominiert (270350 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
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
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
: Differenzierte Betrachtung von EV/ESS Anwendungen Libasierte Batterien als Plattformtechnologie auch jenseits Elektromobilität breit einsetzbar. Alternative Technologien müssen ihren Mehrwert aufzeigen. 500 450 400 Gravimetrische Energiedichte (Zelle) Wh/kg Feststoff? Gegenüberstellung: Technologieangebot und Anforderungen je nach Anwendung 350 300 Differenzierung nach Zellchemien, Zellformaten, Zell vs. Systemebene, 250 200 150 : Normative (HEBatterien) vs. explorative Roadmaps (alternative Technologien) 100 50 0 1990 2000 2030 Quelle: Fraunhofer ISI : GesamtRoadmap für die Elektromobilität 2030 hypermotion Frankfurt am Main, 22. November BEMA Folie 8 von 13
Trendszenario Nachfrage 2025 (200800 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
Libasierte HE automotive BatterieRoadmap 2025 2030 2035 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 200300 Wh/kg 100200 /kwh 250350 Wh/kg 100150 /kwh 270350+ Wh/kg 80100 /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
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 2030. hypermotion Frankfurt am Main, 22. November BEMA Folie 11 von 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
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 48 76139 Karlsruhe, Deutschland Tel. +49 721 6809299 Email: axel.thielmann@isi.fraunhofer.de Dr. Tim Hettesheimer (wiss. Mitarbeiter) Competence Center Energietechnologien und Energiesysteme FraunhoferInstitut für System und Innovationsforschung ISI Breslauer Straße 48 76139 Karlsruhe, Deutschland Tel. +49 721 6809448 Email: tim.hettesheimer@isi.fraunhofer.de Karin Herrmann (Projektassistenz) Competence Center Neue Technologien FraunhoferInstitut für System und Innovationsforschung ISI Breslauer Straße 48 76139 Karlsruhe, Deutschland Tel. +49 721 6809185 Fax +49 721 6809315 Email: karin.herrmann@isi.fraunhofer.de Dr. Christoph Neef (wiss. Mitarbeiter) Competence Center Neue Technologien FraunhoferInstitut für System und Innovationsforschung ISI Breslauer Straße 48 76139 Karlsruhe, Deutschland Tel. +49 721 6809350 Fax +49 721 6809315 Email: christoph.neef@isi.fraunhofer.de Dr. Henning Döscher (wiss. Mitarbeiter) Competence Center Neue Technologien FraunhoferInstitut für System und Innovationsforschung ISI Breslauer Straße 48 76139 Karlsruhe, Deutschland Tel. +49 721 6809359 Fax +49 721 6809315 Email: henning.doescher@isi.fraunhofer.de Prof. Dr. Martin Wietschel Stellv. Leiter Competence Center Energietechnologien und Energiesysteme, Leiter Geschäftsfeld Energiewirtschaft FraunhoferInstitut für System und Innovationsforschung ISI Breslauer Straße 48 76139 Karlsruhe, Deutschland Tel. +49 721 6809254, Email: martin.wietschel@isi.fraunhofer.de hypermotion Frankfurt am Main, 22. November BEMA Folie 13 von 13