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Wir zeigen, woran Batteriehersteller arbeiten!

Die rasant wachsende Batterieindustrie sieht sich mit Herausforderungen konfrontiert, die für die Ausweitung der Elektromobilität entscheidend sind. Dies zeigt sich auch im Bereich der Batterien für Elektroroller und Fahrräder. Wir untersuchen die Herausforderungen, mit denen Batteriehersteller für Elektrofahrzeuge derzeit konfrontiert sind.

Die rasant wachsende Batterieindustrie sieht sich mit Herausforderungen konfrontiert, die für die Ausweitung der Elektromobilität entscheidend sind. Dies zeigt sich auch im Bereich der Batterien für Elektroroller und Fahrräder. Wir untersuchen die Herausforderungen, mit denen Batteriehersteller für Elektrofahrzeuge derzeit konfrontiert sind.

Marcin Świder
Marcin Świder

5 September 2023

Herausforderungen in der Batterieindustrie
In diesem Artikel:

Polen ist der zweitgrößte Batterieproduzent der Welt. Batterien machen bereits über 2,4% unseres Exportwerts aus. Dies ist nicht überraschend, da der Produktionswert dieses Sektors in unserem Land in nur 6 Jahren von 1 Milliarde PLN im Jahr 2017 auf über 38 Milliarden PLN gestiegen ist. Dies betrifft hauptsächlich Batterien für Elektroautos, aber derzeit verwenden sie dieselben Technologien wie Batterien für Roller und Fahrräder. In der Praxis stehen daher heute alle Batteriehersteller vor denselben Herausforderungen.

Steigerung der Energiedichte der Batterie und Reduzierung des Gewichts

Der Schlüssel zur Entwicklung der Batterieindustrie liegt in der Steigerung der Energiedichte der Zellen. Dieser Parameter kann als die Fähigkeit zur Speicherung von Energie pro Einheitsmasse erklärt werden. Je höher er ist, desto mehr Kapazität wird eine Batterie bei konstantem Gewicht haben. Umgekehrt können Batterien mit hoher Energiedichte bei gleicher Leistung weniger Gewicht haben.

Energiedichte ist bei Elektroautos entscheidend, da ihre Zellpakete Hunderte von Kilogramm wiegen (z. B. 480 kg im Tesla Model 3), und bei E-Lkw so groß sein können, dass sie die Nutzlast und die Tonnenbeschränkung begrenzen. Dies ist auch ein wichtiger Parameter beim Bau von Elektrofahrrädern und Rollern.

Batterien für Elektroroller und -fahrräder können bis zu 10 kg wiegen, was bis zu 40% des Gesamtgewichts dieser Fahrzeuge ausmachen kann. Leichtere Batterien erleichtern den Transport kleiner Geräte, einschließlich Laptops.

Die Energiedichte von Batterien hat sich seit Beginn ihrer Produktion erhöht. Die ersten Li-Ionen- / Li-Poly-Zellen, die vor 20 Jahren auf den Markt kamen, hatten eine Energiedichte von etwa 120 Wh/kg. Moderne Modelle bieten 250-300 Wh/kg, und neue Batterien des chinesischen Herstellers CATL bieten bis zu 540 Wh/kg. Es wird geschätzt, dass Aluminium-Schwefel-Batterien eine Energiedichte von bis zu 1400 Wh/kg erreichen werden. Diese Technologie befindet sich jedoch noch in der Testphase.

Verlängerung der Batterielebensdauer

Die Verlängerung der Lebensdauer von Batterien wird die Kosten für ihre Entsorgung indirekt reduzieren, die zumindest teilweise im Preis der Batterie enthalten sind. Daher werden die Zellen umso billiger sein, je länger wir sie verwenden. Daher ist die Verlängerung der Lebensdauer der Batterie eine der Herausforderungen für ihre Hersteller. Dies hängt von der Batterieproduktionstechnologie und der Verwendungsmethode des Benutzers (insbesondere der Ladung) ab. Natürlich haben die Hersteller keine direkte Kontrolle über die letzte Gruppe von Faktoren, daher konzentrieren sie sich auf die erste.

Es wird geschätzt, dass eine Standard-Lithium-Ionen-Batterie für Elektroroller oder -fahrräder eine Lebensdauer von 500 bis 1000 Ladezyklen hat. In der Praxis bedeutet dies etwa 2-3 Jahre Nutzung bei täglichem Gebrauch des Geräts, aber im Laufe der Zeit nimmt die Effizienz und Kapazität der Zellen deutlich ab.

Je öfter wir batteriebetriebene Geräte verwenden möchten, desto mehr Bedeutung wird der Lebensdauer ihrer Batterien beigemessen. Lithium-Eisenphosphat (LiFePo4)-Batterien werden in dieser Hinsicht immer beliebter, da sie eine Lebensdauer von 3000-5000 Zyklen haben. Am vielversprechendsten in dieser Hinsicht sind immer noch Prototypen von Natriumbatterien, von denen erwartet wird, dass sie eine Lebensdauer von mehr als 10.000 Zyklen haben.

Reduzierung der Produktionskosten durch den Einsatz neuer Technologien

Der Preis von Batterien beeinflusst auch ihre Attraktivität und Wettbewerbsfähigkeit auf dem Markt, hauptsächlich aufgrund des Wettbewerbs aufgrund der Materialkosten in der Produktion. Es ist erwähnenswert, dass der Preis für Lithium seit 2020 fast verzehnfacht gestiegen ist und 2022 einen Rekordwert von 80.000 US-Dollar pro Tonne erreicht hat. Dies wirkt sich auf den Preis der Zellen selbst und auf die in ihnen gespeicherte Energie aus.

Zum Beispiel beträgt der Preis von 1 kWh in modernen Lithium-Ionen-Batterien etwa 150 US-Dollar. Der Einsatz moderner Technologien kann ihn auf bis zu 15 US-Dollar pro kWh reduzieren (z. B. Lithium-Luft-Batterien). Die meisten der derzeit erforschten innovativen Lösungen beziehen sich auf Anwendungen in Elektroautos und Energiespeichersystemen. Es kann jedoch davon ausgegangen werden, dass sie zumindest teilweise auch in Batterien für kleinere Geräte übernommen werden.

Entwicklung der Ladeinfrastruktur und Reduzierung der Ladezeit

Es ist kein Geheimnis, dass die Entwicklung der Elektromobilität, insbesondere in Polen, immer noch durch unzureichende Ladeinfrastruktur behindert wird. Es gibt immer noch zu wenige Ladestationen, insbesondere in der Nähe von Autobahnen und Stadtzentren.

Dennoch entwickelt sich diese Branche sehr dynamisch. Laut dem Bericht “Elektromobilitätskarte” gibt es bereits 2885 Ladestationen in Polen, und jeden Monat kommen Dutzende weitere hinzu.

Einer der neuen Akteure ist das Unternehmen Aster Streams, das plant, bis Ende 2026 1000 Ladestationen in Polen zu errichten. Wir unterstützen ihre Initiative!

Erhöhung der Batteriesicherheit

Es ist eine Tatsache, dass die Entwicklung von Elektrofahrzeugen und anderen batteriebetriebenen Geräten zu einer Zunahme von batteriebezogenen Zwischenfällen geführt hat. Allein im Jahr 2020 gab es über 10.000 Fälle von Batterieausfällen bei Elektrorollern, die Brände verursachten. Im April dieses Jahres verursachte ein durch eine beschädigte E-Bike-Batterie in den USA ausgelöster Brand den Tod von zwei Kindern. Je mehr batteriebetriebene Geräte wir verwenden, desto statistisch wahrscheinlicher treten solche Zwischenfälle auf. Daher besteht eine bedeutende Herausforderung für die Batterieindustrie darin, die Sicherheit zu erhöhen, indem das Risiko von Batterieausfällen verringert wird.

Es ist offensichtlich, dass Batteriehersteller Fälle von Zellschäden, die durch Benutzer oder deren Fehler bei der Lagerung und Aufladung verursacht werden, nicht beseitigen können. Sie können jedoch sicherere Technologien als Lithium-Ionen-Batterien übernehmen, wie Feststoffbatterien, die keine organischen Lösungsmittel im Elektrolyten enthalten, oder LFP-Batterien, die eine stabile Chemie verwenden.

Bis innovative Lösungen zur Normalität werden, müssen Anstrengungen unternommen werden, um die Qualitätskontrolle moderner Batterien zu verbessern, um fehlerhafte Komponenten oder Montagefehler zu beseitigen. Die Aufklärung der Benutzer aller batteriebetriebenen Fahrzeuge über deren sichere Verwendung, Lagerung und Aufladung ist ebenfalls unerlässlich.

Die Notwendigkeit kontinuierlicher Forschung und dynamischer Marktentwicklung

Im Zusammenhang mit den diskutierten Herausforderungen gibt es noch eine weitere, die im Wesentlichen alle anderen umfasst. Sie betrifft die Notwendigkeit der kontinuierlichen Entwicklung von Batterietechnologien durch die Suche nach neuen Designlösungen, aber insbesondere von innovativen Materialien.

Dies zeigt sich zum Beispiel bei der Entwicklung der Li-Ionen-Technologie, bei der der Einsatz neuer Materialien wie Lithium- und Eisenoxidkathoden eine Steigerung der Energiedichte um 100% im Vergleich zu den ersten Batterien aus den 1990er Jahren ermöglicht hat.

Ebenso wichtig ist die Möglichkeit, den Einsatz problematischer Materialien wie Lithium, Kobalt, Kupfer oder Nickel zu vermeiden. In dieser Hinsicht sind Natriumbatterien erwähnenswert, da sie das Potenzial haben, den Markt für Elektrofahrzeuge durch die Reduzierung der Produktionskosten durch den Einsatz von preiswerterem und leichter verfügbarem Natrium zu revolutionieren.

EU-Batterieverordnung und ihre Auswirkungen

Am 10. Juli 2023 hat die EU Vorschriften für Batterien und gebrauchte Batterien erlassen, die sofort als “Batterieverordnung” bezeichnet wurden.

Die Batterieverordnung stellt viele Herausforderungen für Batteriehersteller dar. Insbesondere gelten die neuen Vorschriften für Batterien für alle Geräte, nicht nur für Fahrzeuge, sondern auch für Handys, Laptops und Energiespeichersysteme. Darüber hinaus führt sie eine neue Kategorie in der Nomenklatur ein: “LMT-Batterien”, die Batterien für leichte Transportgeräte wie Elektroroller, Roller und Fahrräder sind.

Zu den wichtigsten Anforderungen der Batterieverordnung gehört die Gestaltung von Geräten so, dass der Batteriewechsel erleichtert wird. Dies soll den Benutzern ermöglichen, die Batterie leicht zu entfernen und damit das Recycling zu erleichtern. Darüber hinaus legt die Batterieverordnung auch Grenzen für die Sammlung von gebrauchten tragbaren Batterien (bis zu 45% im Jahr 2023, 63% im Jahr 2027 und 73% im Jahr 2030) und LMT-Batterien (bis zu 51% im Jahr 2028 und 61% im Jahr 2031) fest.

Die Batterieverordnung zielt darauf ab, eine größere Kontrolle über die Batterienutzung zu bieten, aber vor allem darauf, den Umfang des Batterierecyclings und die Rückgewinnung wertvoller Materialien zu erhöhen, deren Gewinnung Auswirkungen auf die natürliche Umwelt hat.

Auf lange Sicht wird die Batterieindustrie vom größeren Umfang der Zellsammlung und des Recyclings profitieren. Die größte Schwierigkeit scheint die Verpflichtung zur Erleichterung des Batteriewechsels zu sein, da dies es Wettbewerbern erleichtern könnte, einige Kunden anzuziehen.

Zusammenfassung

Es ist leicht zu erkennen, dass die von Batterieherstellern heute bewältigten Herausforderungen in Zukunft zu Hemmnissen für die Ausweitung von Elektrofahrzeugen und die Beliebtheit anderer elektrischer Geräte werden könnten. Die Zeit wird zeigen, wie die Branchenführer und innovative Start-ups diese Probleme angehen werden. Zwei Dinge sind jedoch sicher: Der Wert des Batterieproduktionssektors steigt von Jahr zu Jahr, und es scheint kein Ende dieser Entwicklung in Sicht zu sein.

Marcin Świder
Marcin Świder

Ich habe City Lion im Dezember 2019 mitbegründet. Wir fertigen und montieren Akkupacks für leichte Elektrofahrzeuge. Innerhalb von drei Jahren wurden wir zum populärsten europäischen Hersteller von Batterien für Elektro-Kick-Scooter. Seit 2023 produzieren wir auch Batterien für Elektrofahrräder.

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© City Lion - Batterien für Elektroroller und Elektrofahrräder

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