Batterien gewinnen als Wirtschaftsfaktor an Bedeutung

• Japan meldet fleißig Batteriepatente an
• Wettbewerb um Innovation wird intensiver
• Batterien der nächsten Generation sind keine Zukunftsmusik mehr
• Batteriebedarf steigt in allen Bereichen

Die Batterieentwicklung hat signifikant an Aufmerksamkeit gewonnen, seit die Elektromobilität weltweit gefördert wird. In Japan sollen in den 2030er Jahren 50 Prozent der neu zugelassenen Fahrzeuge alternative Antriebe haben und ab 2035 dürfen keine mit Kraftstoff betriebenen Fahrzeuge mehr verkauft werden. Daher sind die Automobilhersteller gefordert, ihr Portfolio entsprechend anzupassen. Sie haben angekündigt, ihre Modellpaletten auf alternative Antriebe, inklusive Hybridmotoren, umzustellen. Der Bedarf an Batterien wird somit schnell zulegen.

Das Marktforschungsunternehmen Fuji Keizai prognostiziert, dass der weltweite Markt für Batterien der nächsten Generation von circa 40 Millionen US-Dollar (US$) auf 25 Milliarden US$ im Jahr 2035 steigen wird. Diese neue Generation von Batterien zeichnet eine höhere Leistung als derzeit verfügbare Lithium-Ionen-Batterien aus. Auf Basis der Kapazität rechnet das Yano Research Institute, dass der globale Markt für Lithium-Ionen-Batterien in Elektrofahrzeugen (EV-Batterien) zwischen 2019 und 2030 von 133 Gigawattstunden auf 496 Gigawattstunden zunimmt.  

Japan meldet fleißig Batteriepatente an

Bislang spielt Japan eine führende Rolle auf dem weltweiten Batteriemarkt. Laut einer gemeinsamen Studie des European Patent Office und der International Energy Agency stammen mehr als ein Drittel aller Patentanmeldungen im Batteriebereich von japanischen Unternehmen. Im Zeitraum von 2000 bis 2018 wurden sieben von zehn Batteriepatenten von Unternehmen aus Japan eingereicht.  

Der japanische Konzern Panasonic liegt seit vielen Jahren auf Platz zwei der internationalen Patentanmeldungen, nur übertrumpft von der südkoreanischen Samsung Electronics, die Platz eins belegt. Die Plätze drei und vier sind ebenfalls von japanischen und südkoreanischen Batterieentwicklern besetzt, die in einem intensiven Wettbewerb miteinander stehen. Bosch ist das einzige nicht-asiatische Unternehmen unter den ersten zehn Patentanmeldern im Batteriebereich.

Bislang standen vor allem Neuentwicklung und Verbesserung von Lithium-Ionen-Batterien für elektronische Geräte im Vordergrund. Innovationen bei Batterien für elektronische Geräte kamen jedoch 2018 „nur“ noch auf 45 Prozent aller einschlägigen Patentanmeldungen. Neue Patente in den Bereichen Elektromobilität wie auch bei Speichereinheiten für erneuerbare Energien treten immer stärker in den Vordergrund.

Wettbewerb um Innovation wird intensiver

Um auch weiterhin ein führender Akteur zu bleiben, wird in Japans Unternehmen intensiv an neuen Batterien und Werkstoffen geforscht. Verdichtung von gespeicherter Energie auf kleinerem Raum, höhere Abgabeleistung, geringere Entflammbarkeit, Ersatz teurer Rohstoffe sind hier die Themen auf der Agenda. Die Batterien effizienter zu gestalten, ist ein Ziel, an dem nicht nur die international bekannten Hersteller der Branche arbeiten.

Beispielsweise hat der Zementhersteller Taiheiyo Cement den Werkstoff Nanolithia entwickelt, mit dem die Ladezeit von Elektrofahrzeugen deutlich beschleunigt und auch die Lebensdauer der Batterien erhöht werden kann. Dabei sollen insbesondere die teuren Rohstoffe Kobalt und Nickel ersetzt werden. Eine Pilotanlage für die industrielle Erzeugung neuartiger Kathoden ist im Aufbau. Die Massenproduktion soll 2025 starten.

An einer Verringerung des Kobalt-Einsatzes arbeiten auch die Batterieentwickler bei Panasonic. Denn der Rohstoff ist teuer und der Wettbewerb darum hart. Daher sind weitere Firmen mit der Forschung von Ersatzwerkstoffen befasst. Zudem sind eine Vielzahl von Start-ups entstanden, die mit ihren Neuerungen im Batteriebereich auf einen erfolgreichen Durchbruch hinarbeiten.

Batterien der nächsten Generation sind keine Zukunftsmusik mehr

Einen großen Durchbruch will der Autobauer Toyota schaffen, der 2021 mit einer Festkörperbatterie für Elektrofahrzeuge auf den Markt kommen will. Panasonic arbeitet ebenfalls an der Technologie, die ein profitables Geschäft verspricht. Festkörperbatterien sollen sicherer und leistungsfähiger sein als die auf flüssigen Stoffen basierenden herkömmlichen Lithium-Ionen-Varianten.

Festkörperbatterien für tragbare Geräte sind bereits im Einsatz. Hier gehören die japanische TDK und der Hersteller elektronischer Bauteile Murata zu führenden Anbietern. Da das größte Wachstumspotenzial jedoch in der Elektromobilität liegt, investieren diese beiden Firmen auch verstärkt in den Bereich EV-Batterien.

Batteriebedarf steigt in allen Bereichen

Allerdings stürzen sich nicht alle Batteriefirmen auf den Fahrzeugbereich. Weniger im Rampenlicht steht beispielsweise das Unternehmen GS Yuasa, das bereits seit über 100 Jahren im Batteriegeschäft tätig ist. Während es im herkömmlichen Autobatteriemarkt zu den größten Lieferanten gehört, hält sich GS Yuasa im Elektrofahrzeugbereich aufgrund der bereits intensiven Konkurrenz zurück. Das Unternehmen fokussiert eher auf Batterien für Spezialanwendungen und extreme Anforderungen, wie den Einsatz in der Raumfahrt oder in Unterwasserfahrzeugen. Unter anderem befinden sich neuartige Batterien für Elektroflugzeuge in der Entwicklungspipeline.

Sanyo Chemical Industries hat ebenfalls andere Marktsegmente im Visier. Beispielsweise hat das Unternehmen ein autonomes, unbemanntes Unterwassergefährt von Kawasaki Heavy Industries mit einer „Kunststoff“-Batterie ausgestattet. Die Betriebsdauer des U-Bootes, das Pipelines und andere Unterwassereinrichtungen kontrolliert, konnte um das Doppelte erhöht werden. Sanyos Lithium-Ionen-Batterie besteht fast vollständig aus Kunststoff. Teure Metalle in den wichtigsten Teilen wie Kathoden und Anoden wurden durch Polymere ersetzt, was die Produktionskosten deutlich senkt. Bis 2025 soll eine Produktionskapazität von 1 Gigawattstunde aufgebaut werden. Die Batterien sollen als stationäre Speichereinheiten für Fabriken oder andere Einsätze dienen.