Die Energiedichte von Lithiumbatterien könnte in Zukunft das 1,5- bis 2-Fache der heutigen erreichen, was bedeutet, dass die Batterien kleiner werden.
Die Kostenreduzierung bei Lithium-Ionen-Batterien liegt höchstens zwischen 10 % und 30 %. Eine Halbierung des Preises ist schwierig.
Von Smartphones bis hin zu Elektroautos – die Batterietechnologie dringt immer mehr in alle Lebensbereiche vor. Doch wohin wird sich die Batterie der Zukunft entwickeln und welche Veränderungen wird sie für die Gesellschaft mit sich bringen? Mit diesen Fragen im Hinterkopf interviewte ein Reporter von First Financial im vergangenen Monat Akira Yoshino, einen japanischen Wissenschaftler, der in diesem Jahr den Nobelpreis für Chemie für Lithium-Ionen-Batterien erhielt.
Yoshino ist der Ansicht, dass Lithium-Ionen-Batterien auch in den nächsten zehn Jahren den Batteriemarkt dominieren werden. Die Entwicklung neuer Technologien wie künstlicher Intelligenz und dem Internet der Dinge werde jedoch „undenkbare“ Veränderungen für die Anwendungsmöglichkeiten von Lithium-Ionen-Batterien mit sich bringen.
Unvorstellbare Veränderung
Als Yoshino den Begriff „tragbar“ kennenlernte, erkannte er, dass die Gesellschaft eine neue Batterie benötigte. 1983 wurde in Japan die weltweit erste Lithiumbatterie entwickelt. Yoshino Akira produzierte den weltweit ersten Prototyp eines wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Akkus und leistete damit einen herausragenden Beitrag zur Entwicklung von Lithium-Ionen-Akkus, die zukünftig in Smartphones und Elektrofahrzeugen weit verbreitet sein werden.
Letzten Monat sagte Akira Yoshino in einem Exklusivinterview mit dem führenden Finanzjournalisten, dass er nach der Bekanntgabe seines Nobelpreises „keine wirklichen Gefühle“ habe. „Die vielen Interviews im Anschluss haben mich sehr beschäftigt, und ich konnte mich nicht richtig freuen“, so Yoshino. „Doch je näher der Tag der Preisverleihung im Dezember rückt, desto stärker wird mir die Bedeutung des Preises bewusst.“
In den letzten 30 Jahren wurden 27 japanische Wissenschaftler mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet, doch nur zwei von ihnen, darunter Akira Yoshino, erhielten die Auszeichnung als Unternehmensforscher. „In Japan werden Preise in der Regel an Forscher von Forschungsinstituten und Universitäten verliehen, während Unternehmensforscher aus der Industrie selten ausgezeichnet werden“, erklärte Yoshino gegenüber dem First Financial Journalist. Er betonte zudem die Erwartungen der Industrie. Seiner Ansicht nach gibt es in Unternehmen viele Forschungsarbeiten auf Nobelpreisniveau, doch die japanische Industrie müsse ihre Führung und Effizienz verbessern.
Yoshino Akira ist überzeugt, dass die Entwicklung neuer Technologien wie künstlicher Intelligenz und dem Internet der Dinge die Anwendungsmöglichkeiten von Lithium-Ionen-Batterien grundlegend verändern wird. So wird beispielsweise der Fortschritt in der Software den Batteriedesignprozess und die Entwicklung neuer Materialien beschleunigen und die Batterienutzung beeinflussen, sodass die Batterie in optimalen Umgebungen eingesetzt werden kann.
Yoshino Akira ist sehr daran interessiert, welchen Beitrag seine Forschung zur Lösung der globalen Klimaprobleme leisten kann. Gegenüber dem „First Financial Journalist“ erklärte er, er sei aus zwei Gründen ausgezeichnet worden: Erstens für seinen Beitrag zur Entwicklung einer intelligenten, mobilen Gesellschaft; zweitens für die Bereitstellung eines wichtigen Instruments zum Schutz der globalen Umwelt. „Der Beitrag zum Umweltschutz wird in Zukunft immer deutlicher werden. Gleichzeitig bietet dies auch eine große Geschäftsmöglichkeit“, so Akira Yoshino gegenüber einem Finanzreporter.
Yoshino Akira erklärte Studenten während einer Vorlesung an der Meijo-Universität als Professor, dass er angesichts der hohen Erwartungen der Öffentlichkeit an den Einsatz erneuerbarer Energien und Batterien als Gegenmaßnahme gegen die globale Erwärmung seine eigenen Informationen, einschließlich seiner Gedanken zu Umweltfragen, präsentieren werde.
Wer wird die Batterieindustrie dominieren?
Die Entwicklung der Batterietechnologie hat eine Energierevolution ausgelöst. Von Smartphones bis hin zu Elektroautos ist die Batterietechnologie allgegenwärtig und verändert jeden Aspekt des menschlichen Lebens. Ob zukünftige Batterien leistungsstärker und kostengünstiger sein werden, wird uns alle betreffen.
Aktuell konzentriert sich die Branche darauf, die Sicherheit von Batterien zu verbessern und gleichzeitig deren Energiedichte zu erhöhen. Die Verbesserung der Batterieleistung trägt durch den Einsatz erneuerbarer Energien auch dazu bei, den Klimawandel zu bekämpfen.
Laut Yoshino werden Lithium-Ionen-Batterien den Batteriemarkt auch in den nächsten zehn Jahren dominieren. Die Entwicklung und der Aufstieg neuer Technologien werden jedoch die Bewertung und die Zukunftsaussichten der Branche weiter stärken. Gegenüber First Business News erklärte Yoshino Akira, dass die Energiedichte von Lithium-Batterien zukünftig das 1,5- bis 2-Fache der heutigen erreichen könnte, was zu kleineren Batterien führen wird. „Dadurch wird weniger Material benötigt und somit die Kosten sinken, allerdings wird es keine signifikante Kostensenkung beim Material geben.“ Er fügte hinzu: „Die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien werden sich maximal um 10 bis 30 Prozent reduzieren. Eine Halbierung des Preises ist deutlich schwieriger.“
Werden elektronische Geräte in Zukunft schneller laden? Akira Yoshino erklärte dazu, dass ein Mobiltelefon in 5–10 Minuten vollständig aufgeladen sei, was im Labor bereits erreicht wurde. Schnellladen erfordere jedoch eine hohe Spannung, was die Akkulaufzeit verkürze. Im Alltag sei besonders schnelles Laden oft nicht notwendig.
Von den frühen Blei-Säure-Batterien über die Nickel-Metallhydrid-Batterien, die in japanischen Unternehmen wie Toyota Standard sind, bis hin zu den Lithium-Ionen-Batterien, die Tesla 2008 einsetzte, dominierten herkömmliche flüssige Lithium-Ionen-Batterien zehn Jahre lang den Markt für Antriebsbatterien. Zukünftig wird der Widerspruch zwischen Energiedichte, Sicherheitsanforderungen und der traditionellen Lithium-Ionen-Batterietechnologie immer deutlicher zutage treten.
Als Reaktion auf Experimente und Festkörperbatterieprodukte ausländischer Unternehmen sagte Akira Yoshino: „Ich denke, Festkörperbatterien stellen eine Zukunftsrichtung dar, und es gibt noch viel Raum für Verbesserungen. Ich hoffe, bald neue Fortschritte zu sehen.“
Er sagte außerdem, dass Festkörperbatterien technologisch Lithium-Ionen-Batterien ähneln. „Durch technologische Verbesserungen kann die Ladegeschwindigkeit von Lithium-Ionen-Batterien künftig etwa das Vierfache der aktuellen Geschwindigkeit erreichen“, erklärte Akira Yoshino gegenüber einem Reporter von First Business News.
Festkörperbatterien sind Lithium-Ionen-Batterien, die Festkörperelektrolyte verwenden. Da Festkörperelektrolyte den potenziell explosiven organischen Elektrolyten herkömmlicher Lithium-Ionen-Batterien ersetzen, werden die beiden Hauptprobleme hoher Energiedichte und hoher Sicherheit gelöst. Festkörperelektrolyte werden bei gleicher Energiedichte eingesetzt. Die Batterie, die den Elektrolyten ersetzt, weist eine höhere Energiedichte, gleichzeitig eine höhere Leistung und eine längere Nutzungsdauer auf – der Entwicklungstrend der nächsten Generation von Lithiumbatterien.
Festkörperbatterien stehen jedoch auch vor Herausforderungen wie der Kostenreduzierung, der Verbesserung der Sicherheit der Festelektrolyte und der Aufrechterhaltung des Kontakts zwischen Elektroden und Elektrolyten während des Lade- und Entladevorgangs. Derzeit investieren viele globale Automobilkonzerne massiv in die Forschung und Entwicklung von Festkörperbatterien. Toyota beispielsweise entwickelt eine Festkörperbatterie, die Kosten werden jedoch nicht offengelegt. Forschungseinrichtungen prognostizieren, dass die weltweite Nachfrage nach Festkörperbatterien bis 2030 voraussichtlich 500 GWh erreichen wird.
Professor Whitingham, der sich den Nobelpreis mit Akira Yoshino teilte, sagte, dass Festkörperbatterien möglicherweise als erste in kleinen Elektronikgeräten wie Smartphones zum Einsatz kommen könnten. „Denn es gibt noch immer große Probleme bei der Anwendung in großflächigen Systemen“, so Professor Whitingham.
Veröffentlichungsdatum: 16. Dezember 2019