„Batteriemonitor 2021“ zeigt Herausforderungen
Der Lehrstuhl „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen hat den „Batteriemonitor 2021“ veröffentlicht. Die Untersuchung beleuchtet die gesamte Wertschöpfungskette der Zellproduktion im Spannungsfeld von Ökonomie und Ökologie. Dabei kommen die Autoren der Studie zu dem Ergebnis, dass die Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands immer stärker von einem direkten Zugang zur Batteriezellherstellung und einer effizienten Kreislaufwirtschaft abhängig sein werde.
„Es liegt in unserer Verantwortung, die Lithium-Ionen-Batterie und ihren gesamten Herstellungsprozess kostengünstiger und ressourcenschonender zu gestalten“, sagt Dr. Heiner Heimes, Geschäftsführender Oberingenieur des PEM: „Dabei zeichnen sich bereits neue Produktionstrends und aussichtsreiche Recycling-Ansätze ab.“ Für einen entsprechenden Überblick fasst der „Batteriemonitor“ aktuelle Herausforderungen und künftige Lösungswege auf sämtlichen Ebenen zusammen: von der Rohstoffgewinnung und der Zellherstellung über die Modul- und Packproduktion sowie das Engineering und Testing bis hin zur Nutzung und Wiederverwendung.
Forschung an neuartigen Zellchemien
Um in Zukunft den Gehalt kritisch betrachteter Rohstoffe wie Lithium und Kobalt zu reduzieren, sprechen sich die Autoren für weiterführende Forschungen an neuartigen Zellchemien und den Aufbau eines Kreislaufsystems mit niedrigen Verlustraten aus. Qualitäts- und Effizienzsteigerungen ließen sich außerdem durch digitale Prozesse in der Batteriezellproduktion erreichen. Gleichzeitig macht die Studie auf neue Herausforderungen für Zellproduzenten und Anlagenbauer aufmerksam, die sich durch eine Abkehr von der Lithium-Ionen-Technologie zugunsten innovativer Verfahren wie des Trockenbeschichtens ergeben. Auf der Ebene der Modul- und Packproduktion würden technische Neuerungen wie der Cell-to-Pack-Ansatz die Energiedichte des Batteriesystems erhöhen und damit zur ökonomischen und ökologischen Nachhaltigkeit des elektrischen Antriebsstrangs beitragen. Die CO2-Bilanz von Batteriesystemen sei indes maßgeblich vom Strommix am Produktionsstandort mitbestimmt.
Plädoyer für standardisierte Batteriesysteme
Die Untersuchung befürwortet zudem eine Standardisierung von Batteriesystemen. Dadurch lasse sich der Entwicklungsaufwand je Fahrzeug verringern, die Upgrade-Fähigkeit der Systeme erhöhen und die Produktion kostengünstiger sowie an einzelnen Kundenwünschen orientiert gestalten. Daneben könnten virtuelle Absicherungsverfahren demnächst dazu beitragen, technische Schäden und hohe Prototypen-Investitionen ebenso wie die Anzahl kostspieliger Testversuche zu reduzieren. Mit Blick auf Treibhausgasemissionen sagen die Urheber der Studie für das Jahr 2030 voraus, dass Elektro-Autos in ihrem gesamten Lebenszyklus eine 75 Prozent bessere Bilanz aufweisen werden als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren. Steigende Rücklaufquoten führten künftig außerdem zu einer wachsenden Bedeutung innovativer Recycling- und Weiterverwendungsansätze für Batteriesysteme.
Die Studie steht hier zum kostenfreien Download bereit.