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Elektromobilität: Erste Studie zur Entwicklung effektiver Lithium-Ionen-Batterien zeigt zukünftige Perspektiven auf

02.08.2010
So vielfältig die unterschiedlichen Anwendungsmöglichkeiten von Batterien zum Antrieb von E-Fahrzeugen sind, so vielfältig werden auch die Entwicklungen auf dem Gebiet der verwendeten Materialien und Batterietypen sein.

Das ist das Ergebnis der Technologie-Roadmap, die das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI im Rahmen der Innovationsallianz „Lithium-Ionen-Batterie (LIB 2015)“ veröffentlicht hat. Lithium-Ionen-Batterien sind die Schlüsseltechnologie für die Einführung und den Marktdurchbruch der Elektromobilität. Der erste Zwischenbericht liefert nun den Fahrplan für die Entwicklung effektiver Batterien zum Einsatz in E-Fahrzeugen der Zukunft.

Das Spektrum der Untersuchungen durch das Fraunhofer ISI reicht von der Betrachtung rohstofflicher Aspekte, wie der Verfügbarkeit kritischer Rohstoffe und dem Recycling, über Anwendungsszenarien in verschiedenen Einsatzfeldern bis hin zu einem integrierten „Roadmapping“, mit dem über das Jahr 2015 hinaus die technologischen Entwicklungen mit den Anforderungen der Märkte bis 2030 abgeschätzt werden sollen. „Der damit angestoßene Prozess bietet die Chance für eine langfristig angelegte, koordinierte und kontinuierlich aktualisierte Abschätzung der Chancen und Perspektiven der Lithium-Ionen-Batterie“, so Projektleiter Dr. Axel Thielmann vom Fraunhofer ISI.

Erster zeitlicher Meilenstein der Untersuchungen wird das Jahr 2015 sein. Bis dahin sollen die Batterien deutlich leistungsfähiger, kostengünstiger und sicherer sein. In der vom Fraunhofer ISI erstellten Technologie-Roadmap werden diesbezüglich die technologischen Entwicklungen bei Lithium-Ionen-Batterien wie einzelne Zellkomponenten, Zelltypen und deren Eigenschaften sowie sich ergänzende und konkurrierende Technologien inhaltlich erfasst und für den Zeitraum von 2010 bis 2030 abgeschätzt. Dabei wird zunächst die gesamte Wertschöpfungskette näher betrachtet. Aspekte der Rohstoffverfügbarkeit und des Recyclings, das Batteriemanagement, geeignete Herstellverfahren, die Systemintegration sowie Bestrebungen zur Standardisierung und Normung sind ebenfalls Gegenstand der Untersuchungen in dem BMBF gefördertem Projekt des Fraunhofer ISI.

Die Roadmap zeigt, dass die Batterieentwicklung in den Materialien und Werkstoffen sogar bei den Zellkomponenten und Zellen und damit denkbaren Batteriesystemen vielfältig ist. Es wird also nicht den einen Zelltyp beziehungsweise die Batterie für die Elektromobilität geben, sondern anwendungsspezifische Batterietypen. „Mit diesem Ausblick wird für die Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien deutlich, wann welche Technologie für welche Anwendungsmöglichkeiten in Elektrozweirädern, Batteriefahrzeugen oder Plug-in- und Hybrid-Konzepten Anwendung findet. Darauf aufbauend kann eine zielgenaue Planung der Marktreife bestimmter Technologien und deren Verfügbarkeit erfolgen“, erklärt Dr. Axel Thielmann.

Vor der Markteinführung mit serienmäßiger Massenproduktion sind jedoch noch weitere Herausforderungen zu bewältigen, da die Batterien hinsichtlich der Kosten, dem Gewicht, ihrer Energiedichte sowie zyklischen und kalendarischen Lebensdauer und Ladegeschwindigkeit noch deutlich verbessert werden müssen. Die vom Fraunhofer ISI erstellte Roadmap fasst alle Punkte zusammen und macht künftige Meilensteine in der Entwicklung der Lithium-Ionen-Batterien auf all diesen Gebieten aus. „Anhand unserer Ergebnisse werden abgestimmte Forschungs- und Entwicklungsstrategien sowie umfangreiche Kooperationsvorhaben der einzelnen Hersteller möglich. Die Roadmap ist damit Grundlage für die gezielte Zusammenarbeit von Politik, Forschung und Industrie“, fasst Dr. Axel Thielmann zusammen.

Die Roadmap wird fortlaufend aktualisiert und weiterentwickelt. So werden demnächst Alternativen zu Lithium-Ionen Batterien genauer betrachtet sowie Herausforderungen wie Technologiesprünge, physikalische Grenzen und deren Bedeutung für die Technologieentwicklungen identifiziert. Darüber hinaus sollen die bisherigen Bewertungen weiter spezifiziert werden. Noch in diesem Jahr ist geplant, die Technologie-Roadmap um eine Produkt-Roadmap zu ergänzen, die sich mit der Marktseite befasst und Anforderungen an Batterien, sich gegenseitig bedingende und konkurrierende Energiespeicher und Antriebe sowie Anwendungen für Elektromobilität und andere Einsatzfelder für Lithium-Ionen-Batterien erforscht.

Nähere Informationen sowie die Roadmap zum Download finden Sie unter http://www.isi.fraunhofer.de/libroad.php

Das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI analysiert die Rahmenbedingungen von Innovationen. Wir erforschen die kurz- und langfristigen Entwicklungen von Innovationsprozessen und die gesellschaftlichen Auswirkungen neuer Technologien und Dienstleistungen. Auf dieser Grundlage stellen wir unseren Auftraggebern aus Wirtschaft, Politik und Wissenschaft Handlungsempfehlungen und Perspektiven für wichtige Entscheidungen zur Verfügung. Unsere Expertise liegt in der breiten wissenschaftlichen Kompetenz sowie einem interdisziplinären und systemischen Forschungsansatz.

Fraunhofer-Institut für
System- und Innovationsforschung ISI
Breslauer Straße 48
76139 Karlsruhe
Leitung Presse und Kommunikation
Dr. Kathrin Schwabe
Telefon +49 (0) 721 / 68 09 - 100
presse@isi.fraunhofer.de

Dr. Kathrin Schwabe | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.isi.fraunhofer.de

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