Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Asiatische Firmen sichern sich Vormacht bei Energiespeichern

19.08.2014

Die Zahl der Patentanmeldungen für elektrochemische Energiespeicher-Technologien ist in den vergangenen Jahren stark gestiegen. Die mit großem Abstand meisten Schutzrechte beantragten die Entwickler für Lithium-Batterien.

Dies zeigt eine Studie der Technischen Universität München (TUM). Sie bietet erstmals eine differenzierte Analyse, welche Energiespeicher-Technologien Chancen haben, sich in der Energiewende durchzusetzen. Ökonomisch ins Hintertreffen geraten in diesem Bereich europäische und amerikanische Firmen: Asiatische Unternehmen melden weit mehr Patente an.

Wind weht nicht immer, die Sonne scheint nicht ständig. Wenn künftig ein Großteil des Stroms mit erneuerbaren Energien produziert wird, muss Energie zu ertragreichen Zeiten gespeichert werden, um diese Schwankungen auszugleichen.

Die bestehenden Speicherkapazitäten werden jedoch bei weitem nicht ausreichen. Wissenschaft und Wirtschaft arbeiten deshalb an neuen und verbesserten Technologien. Ein bedeutender Schwerpunkt liegt dabei auf Batteriesystemen, die bislang noch zu teuer oder zu wenig ausgereift sind, um in großem Stil eingesetzt zu werden. Dabei konkurrieren mehrere elektrochemische Technologien darum, zum Standard zu werden.

An welchen Technologien derzeit am intensivsten gearbeitet wird und welche in naher Zukunft auf den Markt kommen können, ist für alle Akteure des Energiesektors aus Wirtschaft, Politik und Wissenschaft strategisch wichtig zu wissen.

Da Unternehmen ihre Entwicklungsarbeit naturgemäß nicht offenlegen, haben Wirtschaftswissenschaftler der TUM – als Teil eines interdisziplinären Großprojekts zu Batteriespeichern – die weltweiten Patentanmeldungen der Jahre 1991 bis 2011 für elektrochemische Energiespeicher analysiert. (Die Anmeldungen ermöglichen einen aktuelleren Blick auf die Entwicklung als die schon erteilten Schutzrechte.)

Die Studie zeigt, dass die jährliche Zahl neuer Patentfamilien, also Gruppen von Patentanmeldungen und Patenten für ähnliche oder gleiche Erfindungen (z. B. Anträge in verschiedenen Staaten), von 2006 bis 2011 um 110 Prozent gestiegen ist. Wurden 2006 noch Schutzrechte für rund 2800 Entwicklungen angemeldet, waren es 2011 bereits 5900 Anträge.

„Angesichts dieser Investitionen können wir davon ausgehen, dass neue elektrochemische Energiespeicher-Techniken in naher Zukunft marktreif und kostengünstiger als bestehende Produkte sein werden“, sagt Simon C. Müller, Physiker und Ökonom am Lehrstuhl für Strategie und Organisation.

Große Dynamik im Lithium-Segment

Die mit großem Abstand meisten Patente meldeten die Entwickler für Lithium-Batterien an, 4900 neue Patentfamilien gab es im Jahr 2011. Damit zeigt die Kurve der Anmeldezahlen in diesem Segment seit 2008 steil nach oben – nach einem einmaligen Rückgang im Jahr 2007.

Zuvor mussten mehrere Anbieter Produkte wegen Sicherheitsmängeln zurückrufen. „Die Skepsis, dass man Lithium-Batterien nicht sicher genug gestalten kann, ist offenbar verflogen“, sagt Müller. Zudem werden die neuen Patentanmeldungen häufiger als bei anderen Technologien in nachfolgenden Patentanmeldungen zitiert – ein Qualitätsmerkmal, das zeigt, dass sie eine Rolle bei der Weiterentwicklung der Technologie spielen.

Auf Rang zwei der Patentanmeldungen folgen Blei-Batterien mit lediglich rund 580 neuen Patentfamilien im Jahr 2011. Eine bemerkenswerte Zunahme auf allerdings niedrigem Niveau stellten die Forscher für die jüngste Zeit bei Redox-Flow-Batterien fest, bei denen die energiespeichernden chemischen Verbindungen in gelöster Form eingesetzt werden:

Von 2009 bis 2011 hat sich die Zahl der Anträge von 90 auf 200 mehr als verdoppelt. Die Zahl neuer Patentfamilien für Alkali-Batterien ging zuletzt auf 240 leicht zurück, Natrium-Schwefel-Technologien spielten mit 20 Anträgen eine gleichbleibend geringe Rolle.

„Im Lithium-Segment gibt es also eine große Dynamik“, sagt Simon C. Müller. „Es ist durchaus möglich, dass wir schon bald an einem Punkt ankommen, an dem ein sich selbst verstärkender Effekt entsteht: Sobald die technisch-ökonomischen Daten gut genug sind, wird noch mehr in Forschung und Entwicklung investiert, was zu einem weiteren Vorsprung führt.“ Dies gelte umso mehr, als Lithium-Batterien auch in Elektroautos eingesetzt werden, also sowohl aus der Energie- als auch der Fahrzeugbranche nachgefragt werden können.

Asiatische Entwickler melden fast vier mal so viele Patente an wie europäische

Im Geschäft sein werden dann wohl hauptsächlich asiatische Unternehmen, zeigt die Analyse. 2011 konnten asiatischen Entwicklern 2100 Anmeldungen für Patentfamilien bei elektrochemischen Energiespeichern zugeordnet werden, europäischen 530, amerikanischen lediglich 410. Die Asiaten konnten die Zahl der jährlichen Patentanmeldungen damit seit 2001 trotz einer hohen Ausgangszahl um 220 Prozent steigern, die Europäer um 260 Prozent, die Amerikaner um 70 Prozent.

Auch wenn man die Qualität der Portfolios berücksichtigt, nehmen asiatische Unternehmen eine enorme Vormachtstellung ein. Die Forscher erstellten einen Index, der neben den quantitativen Daten auch die Zitierungen der Patentanmeldungen einbezieht.

Bei den Lithium-Batterien kommen demnach acht japanische und ein koreanisches Unternehmen unter die Top 10, angeführt von Fuji. Lediglich eine amerikanische Firma taucht hier auf. Mit dem Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) folgt die erfolgreichste europäische Institution erst auf Rang 25.

„Diese Ergebnisse werfen spannende Fragen in der Forschungspolitik und im Entwicklungsmanagement auf. Es wäre beispielsweise interessant zu untersuchen, welche Strategien zur Technologieführerschaft in diesem Bereich geführt haben und was europäische Mitbewerber davon lernen können“, sagt Prof. Isabell M. Welpe, Inhaberin des Lehrstuhls für Strategie und Organisation.

Projekt EEBatt:
Die Studie ist Teil des Projekts „Dezentrale stationäre Batteriespeicher zur effizienten Nutzung erneuerbarer Energien und Unterstützung der Netzstabilität (EEBatt)“. 14 Lehrstühle aus verschiedenen Fächern der TUM forschen gemeinsam mit dem Bayerischen Zentrum für Angewandte Energieforschung (ZAE) und der VARTA Storage GmbH. Das Projekt wird gefördert vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie.

Publikation:
Mueller, SC, Sandner, PG, and Welpe, IM (2014). Monitoring innovation in electrochemical energy storage technologies: a patent-based approach. Applied Energy, DOI: 10.1016/j.apenergy.2014.06.082
http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2014.06.082

Kontakt:
Simon C. Müller, M.Sc.
Technische Universität München
Lehrstuhl für Strategie und Organisation (Prof. Isabell M. Welpe)
Tel.: +49 89 289 24829
simon.mueller@tum.de

Weitere Informationen:

http://www.eebatt.tum.de

Dr. Ulrich Marsch | Technische Universität München
Weitere Informationen:
http://www.tum.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht IT-Kühlung: So schaffen Kleinbetriebe den Sprung in die IT-Profiliga
23.09.2016 | Rittal GmbH & Co. KG

nachricht Plug & Play: Drei auf einen Streich
29.09.2016 | Rittal GmbH & Co. KG

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Forscher spinnen künstliche Seide aus Kuhmolke

Ein schwedisch-deutsches Forscherteam hat bei DESY einen zentralen Prozess für die künstliche Produktion von Seide entschlüsselt. Mit Hilfe von intensivem Röntgenlicht konnten die Wissenschaftler beobachten, wie sich kleine Proteinstückchen – sogenannte Fibrillen – zu einem Faden verhaken. Dabei zeigte sich, dass die längsten Proteinfibrillen überraschenderweise als Ausgangsmaterial schlechter geeignet sind als Proteinfibrillen minderer Qualität. Das Team um Dr. Christofer Lendel und Dr. Fredrik Lundell von der Königlich-Technischen Hochschule (KTH) Stockholm stellt seine Ergebnisse in den „Proceedings“ der US-Akademie der Wissenschaften vor.

Seide ist ein begehrtes Material mit vielen erstaunlichen Eigenschaften: Sie ist ultraleicht, belastbarer als manches Metall und kann extrem elastisch sein....

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Gehirn und Immunsystem beim Schlaganfall – Neueste Erkenntnisse zur Interaktion zweier Supersysteme

24.01.2017 | Veranstaltungen

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mikro-U-Boote für den Magen

24.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Echoortung - Lernen, den Raum zu hören

24.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

RWI/ISL-Containerumschlag-Index beendet das Jahr 2016 mit Rekordwert

24.01.2017 | Wirtschaft Finanzen