Die Lithium-Ionen-Batterie hat unsere Lebensweise bereits verändert, da sie die Verbreitung von Mobiltelefonen und Tablets ermöglicht hat. Jetzt trägt die Technologie dazu bei, das Transportwesen zu elektrifizieren und den Übergang zu erneuerbaren Energien voranzutreiben. Tatsächlich ist die Lithium-Ionen-Batterie für den technologischen Fortschritt so wichtig geworden, dass ihre Erfinder 2019 den Nobelpreis für Chemie erhielten.
Höhepunkt eines Batteriebooms
achin Pimpalnerkar, Global Segment Manager for Renewables, KanthalSeit den 1990er-Jahren ist die zunehmende Lithium-Ionen-Batterieproduktion auf die wachsende Nachfrage nach tragbarer Unterhaltungselektronik wie Smartphones, Tablets und Laptops zurückzuführen. Dies bleibt sicherlich ein bedeutendes Segment, allerdings wird die Entwicklung von Elektrofahrzeugen einen weiteren Anstieg der Nachfrage nach Batterien auslösen. Die Europäische Kommission hat geschätzt, dass die Welt bis 2028 zwischen 50 und 200 Millionen Elektroautos haben wird, gegenüber 4 Millionen im Jahr 2018, und bis 2040 sogar 900 Millionen Fahrzeuge.
Darüber hinaus wird der Übergang zu erneuerbaren Energiequellen die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien zu Speicherungszwecken erhöhen. Da Solar- und Windkraft intermittierende Quellen sind, sind sie nicht so verlässlich wie fossile Brennstoffe. Durch die Bereitstellung der Speicherkapazität könnten Lithium-Ionen-Batterien erneuerbare Energien jedoch weitaus zuverlässiger und rentabler machen.
Lithium-Ionen-Batterien sind ein großer technologischer Wegbereiter, und dies wird zu einem enormen Wachstum der Produktionskapazität führen, insbesondere in Europa
„Lithium-Ionen-Batterien sind ein großer technologischer Wegbereiter, und dies wird zu einem enormen Wachstum der Produktionskapazität führen, insbesondere in Europa“, sagt Sachin Pimpalnerkar, Global Segment Manager für erneuerbare Energien bei Kanthal.
Mehr für weniger
Neben der Erhöhung der Produktionskapazität gibt es zwei weitere wichtige Bereiche, auf die sich Batteriehersteller konzentrieren müssen: kontinuierliche Verbesserung der Energiedichte von Batterien und drastische Kostensenkung.
„Elektrofahrzeuge haben nur eine begrenzte Reichweite. Das Aufladen dauert zu lange und die Kosten sind immer noch zu hoch“, sagt Pimpalnerkar. „Fast 30 bis 40 Prozent der Kosten eines Elektroautos entfallen auf die Batterie. Die Energiedichte wird jedoch immer besser, was bedeutet, dass Sie mehr Energie auf derselben Fläche erhalten können. Der Preis sinkt zudem kontinuierlich. Irgendwann in der Zukunft wird sie mit einem Verbrennungsmotor vergleichbar sein.“
Zwischen 2010 und 2023 werden die durchschnittlichen Kosten für eine Lithium-Ionen-Batterie von 1.160 US-Dollar pro Kilowattstunde auf nur 100 US-Dollar pro kWh gesunken sein. Aktuelle Prognosen gehen davon aus, dass der Preis bis 2024 unter 100 Dollar pro kWh fallen könnte. Dies ist dann der Punkt, an dem Elektrofahrzeuge mit dem traditionellen Verbrennungsmotor gleichgestellt werden können.
Ausbau der Produktion
Um diese Nachfrage zu befriedigen, muss die aktuelle Produktion in den kommenden Jahren exponentiell wachsen. Laut Wood MacKenzie, einem globalen Forschungs- und Beratungsunternehmen, soll sich die kumulierte Lithium-Ionen-Batteriekapazität zwischen 2021 und 2030 mehr als verfünffachen, auf 5.500 GWh. Unterdessen wird Chinas Kapazität im Jahr 2023 voraussichtlich bis zu 800 GWh betragen.
Dies wird sich folglich auch auf die Nachfrage nach Rohstoffen und Schlüsselkomponenten wie der Kathode auswirken.
„Die Kathode ist eine der wichtigsten Komponenten in der gesamten Batterie, wenn es um die Leistung geht“, erklärt Pimpalnerkar. „Sie bestimmt die Energiedichte der Batterie, und die Nachfrage nach Kathodenmaterial wird linear proportional zur Nachfrage nach Batteriezellen zunehmen.“
Energieeffizienz maximieren
Für Herstellung von Kathodenmaterial sind im Kalzinierungsprozess Temperaturen von etwa 800 bis 1000 Grad Celsius erforderlich. Außerdem muss der Herstellungsprozess so konzipiert und gesteuert werden, dass äußerst hohe Reinheitsgrade in den Kathodenmaterialien erreicht werden. Wie bei allen industriellen Hochtemperatur-Produktionsprozessen besteht die Herausforderung für Ofenbetreiber darin, die Energieeffizienz und Produktivität zu maximieren und gleichzeitig ein gleichbleibend hochwertiges Kathodenmaterial zu erzeugen.
„Da die Heizsysteme von Kanthal es den Herstellern ermöglichen, die exakte Temperatur in den Zonen zu erreichen, in denen sie benötigt wird, werden sie die beste Qualität des Kathodenpulvers mit guter Energieeffizienz und hoher Produktivität liefern”, sagt Pimpalnerkar. „Aufgrund der globalen Präsenz von Kanthal können wir unseren Kunden auch helfen, weltweit zu wachsen und zu expandieren, und wir können eine starke technische Unterstützung bieten. All dies wird in den kommenden Jahren wichtig sein, da die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien rapide ansteigen wird.”
