Andere Batteriespeichertechnologien, wie Redox-Flow-Batterien, Natriumionenbatterien und Metall-Luft-Batterien, sind in den letzten Jahren noch immer aufstrebende Technologien mit einem begrenzten Einsatzvolumen geblieben.
Das Wachstum des Marktes für Lithium-Ionen-Batteriespeichersysteme (BESS) wurde durch die rasche Senkung der Technologiekosten und die kontinuierliche Verbesserung der Leistungsmerkmale begünstigt. BESS-Hersteller entwickeln fortlaufend Systeme mit verbesserter Sicherheit und höherer Energiedichte. Diese Leistungsmerkmale sind für BESS-Kunden wichtig und werden bei der Beschaffung von BESS für netzgebundene Projekte neben anderen entscheidenden Kennzahlen wie Kosten, Zyklenlebensdauer, Speicherdauer und C-Rate häufig berücksichtigt. Die Einführung von BESS-Technologien ohne Leistungsverschlechterung, wie beispielsweise der TENER-Technologie von CATL, hat ebenfalls das Interesse der Branche geweckt. Kontinuierliche technologische Innovationen werden die Marktführerschaft von Lithium-Ionen-BESS im Bereich stationärer Batteriespeicher in den kommenden Jahren weiter stärken. Der IDTechEx-Bericht „Batteries for Stationary Energy Storage 2025-2035: Markets, Forecasts, Players, and Technologies“ prognostiziert, dass der Markt für Lithium-Ionen-BESS bis 2035 ein Volumen von 109 Milliarden US-Dollar erreichen wird.
Der Wandel und die Dominanz der LFP-Chemie
In den letzten zehn Jahren haben sich NMC- und LFP-Zellen als die am weitesten verbreiteten Materialien für Lithium-Ionen-Batteriespeicher durchgesetzt. LFP-Zellen sind aufgrund des Fehlens von Kobalt und Nickel in der Kathode kostengünstiger, weisen eine längere Lebensdauer auf und bergen im Allgemeinen ein geringeres Risiko des thermischen Durchgehens (und gelten daher als potenziell sicherer). Infolgedessen hat sich die chemische Zusammensetzung der eingesetzten Lithium-Ionen-Batteriespeicher aufgrund dieser Vorteile schrittweise hin zu einem stärkeren Anteil von LFP-Zellen verschoben. Obwohl die Produktion von LFP-Zellen größtenteils in China konzentriert ist, werden vermehrt Gigafactory-Projekte angekündigt, was dazu führen wird, dass die Herstellung und Lieferung von LFP-Zellen für Batteriespeicher im Laufe des nächsten Jahrzehnts stärker auf verschiedene Länder verteilt wird.
Jährliche weltweite Installationen von Lithium-Ionen-Batteriespeichern nach chemischer Zusammensetzung (%). Quelle: IDTechEx
Entwicklung der Energiedichte von Batteriespeichersystemen:
Trotz dieser Vorteile weisen LFP-Zellen eine geringere Energiedichte als NMC-Zellen auf. Die Energiedichte ist ein wichtiger Parameter im Bereich der Hochleistungs-Elektrofahrzeuge (EV), da EV-Batteriepacks mit höherer Energiedichte eine größere Reichweite ermöglichen. Für stationäre Energiespeicheranwendungen war die Energiedichte jedoch bisher weniger entscheidend. Dennoch setzen immer mehr Hersteller und Integratoren von Batteriespeichersystemen auf LFP, wodurch sich die Leistungsunterschiede zwischen den Technologien verschiedener Anbieter verringern. Daher wird die Optimierung der Energiedichte auf Systemebene immer wichtiger, um sich in einem zunehmend wettbewerbsintensiven Markt zu differenzieren und zu positionieren. Dies wird durch den Einsatz von LFP-Zellen mit größeren Formfaktoren erreicht. Zellen mit größeren Formfaktoren bieten eine höhere Energiespeicherkapazität. Noch wichtiger ist jedoch, dass durch den Einsatz von Zellen mit größeren Formfaktoren mehr Volumen im Batteriespeichersystem für die Zellen selbst und nicht für ungenutzten Raum, Wärmemanagement oder Leistungsumwandlungssysteme (PCS) zur Verfügung steht. Dies erhöht die Energiedichte auf Systemebene und spart Platz für Kunden mit beengten Projektbedingungen. Da für eine gegebene Projektkapazität (MWh) weniger containerisierte Systeme benötigt würden, könnten sich aufgrund kürzerer Installationszeiten Kosteneinsparungen für die Kunden auf Projektebene ergeben.
Narada Power gab den Einsatz von 320-Ah-Zellen mit einer volumetrischen Energiedichte von 390 Wh/L für ein 5,11-MWh-Batteriespeichersystem (BESS) in einem 20-Fuß-Container bekannt. CATL präsentierte ebenfalls sein neues 6,25-MWh-Batteriespeichersystem (BESS) in einem 20-Fuß-Container namens TENER, das Zellen mit einer Energiedichte von 430 Wh/L verwendet. Dies entspricht einer Steigerung der Systemenergiedichte um etwa 25 % im Vergleich zu vielen der 5-MWh-BESS, die chinesische Hersteller im vergangenen Jahr auf den Markt gebracht haben. CATL gab zudem an, dass die Technologie in den ersten fünf Nutzungsjahren keinerlei Leistungsverschlechterung aufweist.
Behauptungen über die Null-Degradation von BESS
CATL berichtete über die Entwicklung biomimetischer SEIs und selbstassemblierender Elektrolyte als Grundlage für eine „Null-Degradation“-Leistung. Biomimetisch bezieht sich typischerweise auf Strukturen, Prozesse oder Produktionsmethoden, die biologische Strukturen oder Prozesse nachahmen oder von ihnen inspiriert sind. Wie im IDTechEx-Bericht erläutert, beruht die Aussage zur „Null-Degradation“ wahrscheinlich auf einer Kombination von Faktoren, die über das SEI- und Elektrolytdesign hinausgehen und beispielsweise die Verwendung von Vorlithierungsadditiven während der Batterieherstellung umfassen. Darüber hinaus kann der Betrieb des Batteriemanagementsystems (BMS) während der gesamten Lebensdauer der Batterie so angepasst werden, dass dem Kunden die Wahrnehmung einer „Null-Degradation“ vermittelt wird, obwohl die Zellen in Wirklichkeit weiterhin einer gewissen Degradation unterliegen. Der IDTechEx-Bericht analysiert die „Null-Degradation“ von CATL in BESS-Batterien detaillierter und untersucht, wie diese erreicht oder wahrgenommen werden kann.
Perspektiven zur Lithium-Ionen -Batteriespeichertechnologie
Lithium-Ionen-Batterien werden mittelfristig die dominierende Batteriespeichertechnologie bleiben. Die Technologie ist etabliert und wurde erfolgreich in Großprojekten mit einem Speichervolumen von mehreren Gigawattstunden (GWh) demonstriert. Der jährliche Einsatz von Lithium-Ionen-Batteriespeichern ist weltweit deutlich gestiegen und wird 2023 die Marke von 90 GWh überschreiten. Die kontinuierliche Weiterentwicklung von Technologien durch Zell- und Batteriespeicherhersteller zur Verbesserung der Leistungsmerkmale wird dazu beitragen, dass Lithium-Ionen-Technologien ihre Marktführerschaft behaupten können. Kontinuierliche Innovation ist für alle Marktteilnehmer entscheidend, um wettbewerbsfähig zu bleiben, insbesondere angesichts der zunehmenden Verbreitung von LFP-Zellen. In der Vergangenheit waren die Leistungs- und Kostenunterschiede von Lithium-Ionen-Batteriespeichern zwischen Technologien mit LFP-Zellen und solchen mit NMC-Zellen deutlicher ausgeprägt. Dies ermöglichte es den Anbietern dieser Systeme, die Vorteile ihrer Technologie leichter hervorzuheben. Auf dem heutigen Markt haben Batteriespeicherhersteller Lithium-Ionen-Batteriespeicher mit höheren Energiedichten auf Systemebene eingeführt, um ihre Marktposition zu stärken und gleichzeitig potenzielle Kostensenkungen für Kunden auf Projektebene zu erzielen. Dies wurde durch die Verwendung von Zellen mit größeren Formfaktoren erreicht, und es wird erwartet, dass sich dieser wichtige Trend fortsetzt, da immer mehr Akteure diese Strategie verfolgen.
