Die Roadmap beantwortet eine Reihe von Fragen, die sich aktuell mit Blick auf alternative Batterietechnologien stellen:

• Welche technologischen Vorteile haben alternative Batterietechnologien? Viele alternative Batterietypen wie Metall-Ionen- (z.B. Natrium-Ionen- oder Zink-Ionen-Batterien) oder Metall-Luft-Batterien (z.B. Zink-Luft-Batte­rien) bieten hohes Potenzial für mehr Nachhaltigkeit, geringere Kosten oder weniger Ressourcenverbrauch, weisen aber teilweise auch Nachteile wie eine geringere Energiedichte oder eine geringe Technologiereife auf. Metall-Schwefel-Batterien können etwa eine höhere Ener­giedichte besitzen und ihre Kosten dürften aufgrund der niedrigen Schwefel-Kosten pro kWh vor­aussichtlich deutlich geringer als die der LIBs ausfallen. Redox-Flow-Batterien sind bereits auf dem Markt ver­fügbar, müssen sich aber in Punkto Kosten und CO₂-Fußabdruck noch verbessern.
• Welche Anwendungen kommen für alternative Batterie­technologien in Frage? Für mobile Anwendungen stehen Natrium-Ionen-Batterien kurz vor der weitreichenden Kommerzialisierung, erste Natrium-Ionen-Batterien werden bereits bei elektrischen Zweirädern und Kleinwa­gen eingesetzt. Lithium-Schwefel-Batterien könnten ab 2035 in größeren Drohnen und ab 2040 sogar in weiteren elektrischen Fluggeräten zum Einsatz kommen. Bei stationären Anwendungen sind die Anforderungen z.B. an die Energiedichte geringer, hier könnten teilweise schon auf dem Markt verfügbare Speichersysteme wie Redox-Flow-Batterien, Salzwasser- oder Natrium-Schwefel-Hochtemperatur-Batterien in naher Zukunft relevanter werden – genau wie Natrium-Ionen-Batterien, die sich durch eine gute Ressourcenverfügbarkeit, Sicherheit und Tiefentladefähigkeit auszeichnen oder auch Zink- oder Aluminium-Ionen-Batterien.
• Gibt es alternative Batterietechnologien, die die Abhän­gigkeit von Rohstoffen deutlich verringern? Aufgrund ihrer geringeren Energiedichte gegenüber LIBs benötigen einige vielversprechende alternative Batterietechnologien zwar größere Mengen an Rohstoffen, um die gleiche Speicherkapazität zu erzielen. Viele der nicht auf Lithium basierenden Technologien benötigen dafür jedoch weniger kritische Rohstoffe als LIBs. Mangels großer Anwendungsgebiete und Märkte wird die Produktion und Versorgung mit Lithium, Nickel und Kobalt dennoch vorerst kritisch bleiben – insbesondere in den nächs­ten 5 bis 10 Jahren.
• Sind alternative Batterietechnologien absehbar, die ähnlich wie LIBs produzier- und skalierbar sind? Metall-Ionen Batterien, die nicht zu den LIBs zählen, sind hier im kommenden Jahrzehnt vielversprechend, weil ihre Produktionsschritte denen von LIB sehr ähnlich sind. Bestehende Produktionstechnologien und -umgebungen könnten direkt genutzt (Drop-in-Technologien) oder müssten nur begrenzt angepasst werden.
• Können alternative Batterietechnologien günstiger als LIBs werden? Obwohl alternative Batterietechnologien potenziell niedrige­re Materialkosten als LIBs aufweisen, dürften ihre Zellkosten aufgrund des geringen Produktionsumfangs anfangs höher liegen. Eine Skalierung der Produktion bringt erhebliche Kostenvorteile mit sich, wofür aber ausreichend große Märkte und Anwendungen im GWh-Maßstab notwendig sind.
• Wie ist Europa bei alternativen Batterie­technologien aufgestellt? Patent- und Publikationsanalysen zeigen, dass die EU-Länder zum Beispiel bei Redox-Flow-Batterien, Lithium-Luft- oder Aluminium-Ionen-Batterien besser aufgestellt sind als derzeit bei LIBs – Japan und China bleiben hier aber führend. Bei einigen alternativen Batterietechno­logien weisen die EU-Länder eine hohe Dynamik mit jährlichen Wachstumsra­ten zwischen 10 und 50 Prozent auf, bei LIB beträgt das Wachstum etwa 10 Prozent.

Dr. Annegret Stephan, wissenschaftliche Koordinatorin der Roadmap am Fraunhofer ISI, weist zudem auf den Unterstützungsbedarf seitens der Politik hin, um das Potenzial alternativer Batterietechnologien zu erschließen: »Gerade in der Anfangsphase, in der die zukünftige Marktentwicklung noch unge­wiss ist, können Anreize für die Indus­trie hilfreich sein. Ein ganzheitlicher politischer Ansatz, der die gesamte Lieferkette, die Grundlagenforschung zu technologiespezifischen Fragen, Patenten, Produktionsprozessen, die Sicherung von Ressourcen und die Perspektiven von Endnutzenden berücksichtigt, ist hier essentiell. Dieser Ansatz sollte neben großen Unternehmen auch KMUs und Start-ups einbeziehen.« Laut den Studienautor:innen ist ein solch ganzheitlicher Ansatz jedoch mit hohen Kosten und Risiken verbunden und kann daher nur auf eine begrenz­te Anzahl von Technologien angewendet werden. Systemati­sche und regelmäßige Screening-Prozesse für die Auswahl von Schlüsseltechnologien sowie Kriterien für eine mögliche Been­digung der Förderung sind dabei besonders wichtig.

Das Autorenteam der Roadmap zieht folgendes Fazit: LIBs werden auch weiterhin den Markt dominieren, ausgewählte alternative Batterietechnologien können aber in bestimmten Märkten und Anwendungen eine Entlastung von Rohstoff-, Produktions- und Lieferabhängigkeiten schaffen und damit zur Technologiesouveränität beitragen – dafür sind aber weitere Anstrengungen im Bereich Forschung und Entwicklung in Deutschland sowie der EU notwendig und lohnenswert.

Das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI analysiert Entstehung und Auswirkungen 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 fundierten wissenschaftlichen Kompetenz sowie einem interdisziplinären und systemischen Forschungsansatz.