Today, 60% of electric vehicles (EVs) are powered by lithium-ion batteries (LIBs) due to its efficiency, high power-to-weight ratio and flexibility to allow chemical alterations. As the EV industry gains steam, supply chain and design challenges are spurring battery manufacturers to explore alternatives. Some of the alternative battery technologies include lithium-iron phosphate (LFP), lithium-sulfur battery (LSB) and sodium-ion battery (SIB). Besides LFP, LSB and SIB, solid-state batteries (SSBs) are touted as a forerunner for the next-generation battery technology. Despite these advancements, the current speed of innovation is not accelerating fast enough to meet the demands of the rapidly growing EV sector. This presents opportunities in areas such as battery design and securing the supply chain locally via vertical integration. As the world welcomes green mobility, commercializing battery technology will be imperative to drive global EV adoption. Given the increased push for battery development and innovation, we believe that it’s only a matter of time before supply catches up with demand. Find out more here: https://bit.ly/37f9zaH

1. Vertex Perspektive | E-Mobilität
5-teilige Serie zur E-Mobilität
Für weitere Informationen senden Sie und eine E-
Mail an: communications@vertexholdings.com
Batterietechnologie
& Alternative
Innovationen

2. 02
3x
Lithium-Ionen-Batterien (LIB) sind weit verbreitet
BATTERIETECHNOLOGIE & ALTERNATIVE INNOVATIONEN |
Der Elektrofahrzeuge
(EV) werden mit
Lithium-Ionen-
Batterien betrieben
60%
01
Hohes Leistungs-/
Gewichtverhältnis
3x so hohe Energiedichte
wie bei anderen Systemen
Veränderung chemischer
Zusammensetzung für bestimmte
Anwendungsfälle
03
:

3. Da die Nachfrage nach Batterien
steigt, werden die Preise für diese
Rohstoffe stark ansteigen.
Lieferketten- und Konstruktionsprobleme behindern die
Einführung von Lithium-Ionen Batterien
Diese Herausforderungen haben die Batteriehersteller dazu veranlasst, nach Alternativen zu suchen.
LIEFERKETTE
Die Lithium-Ionen-Batterie verwendet
seltene Metalle wie Lithium, Kobalt
und Nickel.
Sie sind nicht nur temperatur - und
spannungsempfindlich, sondern ihre
Hauptgefahr ist der brennbare Elektrolyt.
Überladung, extreme Temperaturen, oder
externe oder interne Kurzschlüsse können
die Lebensdauer der Batterie verkürzen
und ein Sicherheitsrisiko darstellen.​
​
DESIGN
BATTERIETECHNOLOGIE & ALTERNATIVE INNOVATIONEN |

4. Vorteil der spezifischen Batterietechnologie im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien
Alternative Batterietechnologien sind auf dem Vormarsch...
Tief
Natrium-Ionen
(SI)
120 Wh/kg
310 Wh/L
Wichtigste Batteriekennzahlen
Materialkosten
Pro Masse gespeicherte Energie
(Spezifische Energie)
Pro Volumen gespeicherte
Energie (Spezifische Kapazität)
Lebenserwartung
Hoch
Lithium-Ionen
(LI)
180 Wh/kg
470 Wh/L
Bis zu 1,000
Zyklen
Mässig
Lithium-Eisen-
Phosphat (LFP)
125 Wh/kg
325 Wh/L
Bis zu 12,000
Zyklen
Tief
Lithium-
Schwefel (LS)
450 Wh/kg
550 Wh/L
Bis zu 300
Zyklen
Bis zu 1,500
Zyklen
BATTERIETECHNOLOGIE & ALTERNATIVE INNOVATIONEN |

5. Erkundung von
Lithium-Ionen-
Alternativen:
Lithium-Eisen-
Phosphat (LFP)
Im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien bieten
LFP eine längere Lebensdauer, sind
wartungsfrei un habeneine höhere thermische
und chemische Stabilität.
Derzeit hat China ein Monopol auf LFP. Chinesische
Batteriehersteller müssen für die Bereitstellung von LFP-Batterien,
die nur auf dem chinesischen Markt verwendet werden, keine
Lizenzgebühren entrichten.
Da die chinesischen LFP-Patente im Jahr 2022 auslaufen, könnten
nicht-chinesische Batteriehersteller ihre Produktion auf
eisenbasierte Formeln umstellen.
Grosse Automobilhersteller versuchen, die Versorgung mit LFP-Batterien zu kontrollieren
Tesla plant, LFP-Batterien
zu entwickeln, während die
Batterien des Unternehmens
einen höheren Anteil an Eisen
haben werden - welches
nicht knapp ist.
Ford wird seine grösseren
Pickups und andere Fahrzeuge
mit LFP-Batterien betreiben.
Dies wird dazu beitragen, die
Batteriekosten bis Mitte des
Jahrzehnts um 40% zu
senken – wobei mit weiteren
Kostensenkungenzurechnenist.
Volkswagen hat angekündigt,
die LFP-Technologie in seinen
Einstiegsmodellen einzusetzen.
Dies ist die erste Ankündigung
eines LFP-Einsatzes auf dem
schnell wachsenden
europäischen EV-Markt.
BATTERY TECHNOLOGY & ALTERNATIVE INNOVATIONS |

6. Erkundung von
Lithium-Ionen-
Alternativen:
Lithium-Schwefel-
Batterie (LSB)
LSB sind aufgrund ihrerhohen Energiedichte,
niedrigen Kosten, Materialverfügbarkeit und
verbesserten Sicherheit eine der Batterien der
nächsten Generation. Da Schwefel im Überfluss
vorhanden und ungiftig ist, sind LSBs eine
kostengünstige und nachhaltige Alternative.
Die Monash Universität hat eine neuartige Kathode entwickelt und eine LSB
hergestellt, die mehrere hundert Mal wieder aufgeladen werden kann und
eine viermal höhere Energiekapazität gegenüber Lithium-Ionen hat.
Das Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology hat eine
neuartige Kathode auf Siliziumdioxidbasis für LSBs entwickelt, mit der die
Batterien mehr als 2.000 Lade-/Entladezyklen überstehen.
NexTech Batteries hat sich mit Mullen Technologies zusammengetan, um
innerhalb von 5 Jahren mehr als 100.000 Fahrzeuge mit ihren Lithium-
Schwefel-Batterien im Beutelformat zu produzieren, die 60 % leichter sind
als die heutigen Elektrofahrzeuge.
Oxis Energy, ein Unternehmen für wiederaufladbare Lithium-Schwefel-
Batterien, wird mit der Auslieferung seiner quasi solid-state LSBs an
Kunden für Testanwendungen, Konzeptnachweise und Demosysteme
beginnen.
Forscher und Unternehmen versuchen, die Technologie zu vermarkten:
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7. Erkundung von
Lithium-Ionen
Alternativen:
Natrium-Ionen-
Batterie (SIB)
SIBs und Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) wurden
beide in den 1980er Jahren entwickelt. Im
Vergleich zu LIBs haben SIBs eine geringere
Batterieleistung, was zu einer langsamen
Entwicklung führte. In den letzten Jahren ist das
Interesse aufgrund der niedrigeren Kosten, der
Verfügbarkeit der Materialien, und der
potenziellen Sicherheitsvorteile gestiegen.
Natron Energy kündigte sein erstes UL-gelistetes SIB für industrielle
Anwendungen an, von USV-Systemen für Rechenzentren, bis hin zum
Schnellladen von Elektrofahrzeugen.
Faradion kündigte eine technische Zusammenarbeit mit Philips 66 an, um
kostengünstigere und leistungsstärkere Anodenmaterialien für Natrium-Ionen-
Batterien zu entwickeln.
Tiamat Energy in Frankreich wurde 2017 als Spin-off des französischen
Forschungslabors CNRS gegründet und sammelte am 21. März 5 Millionen Euro
ein, um mit der Produktion von Natriumbatteriezellen zu beginnen.
Das schwedische Unternehmen Altris kündigte nachhaltige Natrium-Ionen-
Batteriezellen an, die erneuerbare Materialien (Meerwasser und Holz)
verwenden.
HiNA Battery Technology Co. Ltd. mit Hauptsitz in Zhongguancun, Liyang,
verfügt über mehrere Kernpatente für SIBs. Im August 2021 brachte das
Unternehmen das weltweit erste 1-MWh-SIB-Speichersystem auf den Markt.
Der Tesla-Batteriehersteller CATL hat die erste Generation von SIBs auf den
Markt gebracht. Das Unternehmen beginnt mit dem industriellen Einsatz und
sollte bis 2023 eine Grössenordnung erreichen.
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8. Und es entstehen weitere Innovationen...
Nickel-Metallhydrid-
Batterien sind schwerer und
größer als Lithium-Ionen-
Akkus, aber billiger.
Redox-Flow-Batterien
nutzen reversible Oxidation
und Reduktion zur
Energiespeicherung.
Graphen-
Superkondensatoren
können sich innerhalb von
Sekunden auf- und
entladen.
Bioelektrochemische
Batterien speichern Energie
durch die Nutzung von
Mikroorganismen.
Der auf Wasser basierende
Elektrolyt der Zink-Ionen-
Batterien verhindert, dass
sie Feuer fangen.
Metall-Luft-Batterien haben
eine Metallanode und eine
Luftkathode, was zu einer
deutlichen
Gewichtsreduzierung führt.
Die Sand-Batterie verwendet
Silizium anstelle von Lithium,
um eine dreimal längere
Lebensdauer der Batterie zu
erreichen.
Blei-Säure-Batterien sind
billig und leistungsstark,
aber in der Regel sehr
schwer.
Ultrakondensatoren bieten
eine hohe Leistungsdichte,
sofortiges Aufladen und eine
lange Lebensdauer.
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Quelle: Green Car Reports, Nano Lett, Green Authority, RS Components, Johnson Matthey Technology Review, Skeleton Technologies, Phys.org, Codibly

9. Energiedichte
Schnelles Laden
Sicherheit
Energiedichte
Schnelles Laden
Sicherheit
Li-Ionen-Batterie
Anode Kathode
Flüssiger Elektrolyt
Festkörper-Batterie
Festkörper-
Batterien - die
Technologie der
nächsten
Generation?
Im Vergleich zu LIBs wird bei Festkörperbatterien
ein fester (und nicht flüssiger) Elektrolyt
verwendet. Der Festelektrolyt bietet eine höhere
Energiedichte, kürzere Ladezeiten und mehr
Sicherheit, wodurch die Probleme von Li-Ionen-
Batterien gemildert werden.
Quelle: Charged
Anode Kathode
Fester Elektrolyt
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10. Entwickler von Festkörperbatterien werden bis 2030 auf den
Markt kommen
2022
Quelle: Yole Development
2025
2025
2026
2027
2030+
2030+
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11. Das slowakische Unternehmen InoBat nutzt eine KI-Forschungsplattform,
um in kürzester Zeit Prototypen neuer Batteriechemien für
massgeschneiderte Zellen für Elektrofahrzeuge zu entwickeln und damit
angeblich Reichweitensteigerungen von fast 20 % zu erzielen.
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Die Plattformen von Voltaiq (US, Serie A) und Aionics ermöglichen es
Unternehmen, ihre Daten zu nutzen, um die nächste Generation
batteriebetriebener Produkte effektiver zu entwerfen, zu entwickeln,
herzustellen, und zu betreiben.
Das Batteriemanagementsystem von Brill Power (UK, Startphase)
verbessert Batterien mit einer neuartigen, intelligenten
Steuerungstechnologie, die an der Universität Oxford entwickelt wurde.
ION Energy Inc (Mumbai, early-stage VC) nutzt intelligente Batterieanalysen,
um die Lebensdauer und Leistung von LIBs deutlich zu verbessern.
TWAICE (Deutschland, Serie B) bietet prädiktive Analysesoftware, die die
Entwicklung und den Betrieb von Lithium-Ionen-Batterien optimiert.
Die
Batterieinnovatio
n wird nicht
schnell genug
vorangetrieben
Forschungseinrichtungen und Unternehmen
arbeiten gemeinsam daran, Daten und KI zu
nutzen, um die Forschung und Entwicklung im
Bereich Batterien zu beschleunigen und die
Datenverwaltung zu verbessern.

12. Batterie - und Automobilhersteller senken die Batteriekosten
durch einen ganzheitlichen Ansatz bei der Batterieentwicklung
Quelle: McKinsey, Green Car Reports, Driven, BYD, Electrive, Tesla
01 Bei der herkömmlichen Batteriekonstruktion werden Zellen zu einem Modul zusammengesetzt
und diese Module zu einem Pack zusammengefügt. Bei dieser Konstruktion werden viele Teile
verwendet und das Volumen ist ineffizient.
Konventionell
02 Cell-to-Pack vereinfacht die Modulstruktur, indem die Batteriezellen direkt in ein Pack
integriert werden, ohne die in den meisten aktuellen Packdesigns verwendeten Module.
Cell-to-Pack
03 Die Cell-to-Chassis-Technologie ist der nächste Schritt, bei dem die Batteriezellen direkt in
das Fahrzeugchassis integriert werden, ohne dass Batteriepacks erforderlich sind.
Cell-to-chassis
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13. Die Batterieproduktion wird von Akteuren aus
China, Japan und Korea dominiert. Regionale
Start-ups im Bereich Batteriezellen und
Elektrofahrzeuge können durch vertikale
Integration die Risiken in der Lieferkette
verringern und spezifische Bedürfnisse der
nachgelagerten Branchen erfüllen.
Automobilhersteller
gehen Partnerschaften
mit
Batterieunternehmen
ein, um die Lieferkette
zu sichern
Quelle: Ipower Electronics
Resultat
Computech Systems mit Sitz in Delhi stellt eine breite Palette von Produkten
wie USV-Systeme, Batterien und Laptop-Ladegeräte her.
Hintergrund
Die Abteilung für die Herstellung und das Management von Batteriezellen
von Computech Systems wurde aus der Muttergesellschaft
ausgegliedert und in Ipower Electronics umbenannt, um sich auf die
spezifischen Produkte und Dienstleistungen zu konzentrieren, die von der
Kundschaft benötigt werden.
Lösung
Ipower importiert nicht nur Batteriezellen aus Japan, Südkorea und China,
sondern entwickelt und produziert auch alles selbst. Das Unternehmen
beliefert 15 der 20 größten Zweiradhersteller des Landes, darunter
Gemopai, Benling India, Okinawa Autotech und Ampere Electric.
01
02
Ein Beispiel wäre Ipower Electronics:
03
BATTERIETECHNOLOGIE & ALTERNATIVE INNOVATIONEN

14. 03
01
02
Anode Kathode
Fester Elektrolyt
SICHERUNG DER LIEFERKETTE
Start-ups im Bereich Batteriezellen und Elektrofahrzeuge versuchen, die vertikale Integration zu beschleunigen,
um Lieferketten weiter abzusichern und spezifische nachgelagerte Bedürfnisse zu befriedigen.
Mit der zunehmenden Verbreitung von Elektrofahrzeugen ist die Kommerzialisierung der Batterietechnologie unabdingbar.
LIBS UND IHRE ALTERNATIVEN
Chemische Beschränkungen und Herausforderungen bei der Herstellung haben die Hersteller
dazu veranlasst, alternative Zusammensetzungen und Technologien zu erforschen.
Zusammengefasst...
FESTKÖRPERBATTERIEN - DIE NEUE FRONT?
Festkörperbatterien bieten eine höhere Energiedichte, kürzere Ladezeiten, und mehr Sicherheit und sind damit ein attraktiver
Kandidat für die nächste Generation von Batterietechnologien.
Festkörper
-Batterie
BATTERIETECHNOLOGIE & ALTERNATIVE INNOVATIONEN

15. In Teil III unserer fünfteiligen Serie stellen wir Ihnen den Recycling Sektor für Elektroauto-Batterien und
Second-Life-Anwendungen vor, mit denen sich Abfälle aus ausgedienten Batterien besser entsorgen
lassen. Erfahren Sie, wie Batterien nachhaltig entsorgt und mit Technologien der nächsten Generation
der Leistungselektronik besser verwaltet werden können.
A L S N Ä C H S T E S . . .
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Was geschieht mit
ausrangierten Batterien?
Batterie-Recycling & Leistungselektronik