Netzintegration von Fahrzeugen mit elektrifizierten ... - JUWEL
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5.5 Änderung der Batterielebensdauer aufgrund unterschiedlicher Fahrzeugnutzungsszenarien<br />
zusammengefasst. Dabei ergibt sich ein Roadmap-Korridor, der die Bandbreite der verschiedenen<br />
Einzelroadmaps darstellt.<br />
5.5.1.1 Kostenabschätzungen <strong>von</strong> Batteriezellen und -modulen<br />
Für die Betrachtung der Kosten <strong>von</strong> Batteriesystemen ist eine schrittweise Untersuchung der<br />
Kosten der Einzelkomponenten notwendig. Je nach Einsatzfeld und Hersteller unterscheiden<br />
sich die Batteriekonzepte und da<strong>mit</strong> die eingesetzten Komponenten auf den unterschiedlichen<br />
Wertschöpfungsstufen. Im Folgenden werden die einzelnen Stufen, grob aufgeteilt in<br />
Zell-, Modul- und Packherstellung, kurz vorgestellt und die wichtigsten Ergebnisse der Analysen<br />
dargestellt.<br />
In vielen aktuellen Elektrofahrzeugen, wie z.B. dem Tesla Roadster oder dem Testfahrzeug<br />
<strong>von</strong> BMW, dem MiniE, werden handelsübliche Lithium-Ionen-Batteriezellen des Standardformats<br />
18650 verbaut. Da diese Massenprodukte darstellen, handelt es sich um kostengünstige<br />
Produkte <strong>mit</strong> entsprechenden Erfahrungswerten, allerdings optimiert für die Anwendung<br />
in elektronischen Geräten <strong>mit</strong> kürzeren Lebensdauern, wie sie in <strong>Fahrzeugen</strong> erwartet<br />
werden. Betrachtet man den Verlauf der Verkaufspreise und Absatzzahlen dieser kleinformatigen<br />
Zellen in den letzten 15 Jahren, so stellt man fest, dass diese <strong>mit</strong> steigendem Produktionsvolumen<br />
und technologischem Fortschritt die Herstellkosten und da<strong>mit</strong> die Preise <strong>von</strong><br />
über 1000US$/kWh auf heute 200–250US$/kWh 5 deutlich senken konnten [Bosch, 2010].<br />
An diesem Maßstab orientieren sich viele der Zielstellungen aus der Industrie.<br />
Die Tendenzen der <strong>mit</strong>tel- und langfristigen Forschung und Entwicklung <strong>von</strong> Lithium-Ionen-<br />
Batterien für den mobilen Einsatz gehen größtenteils in Richtung großformatiger Zellen. Im<br />
Folgenden werden daher ausschließlich die Herstellkosten für größere Batteriezellen und<br />
-module betrachtet.<br />
Batteriezellen<br />
Lithium-Ionen-Zellen bestehen aus gewickelten oder gestapelten Zellschichten. Die einzelnen<br />
Schichten werden aus den Elektroden (Aktivmaterial, leitfähige Additive, Polymerbinder<br />
<strong>mit</strong> Ableiter aus Aluminium (Pluspol) und Kupfer (Minuspol)) und dem Separator gebildet. Die<br />
Elektrodenräume sind <strong>mit</strong> einem leitfähigen Elektrolyten befüllt. Dieser kann flüssig (nichtwässrig,<br />
organisch) oder fest (Polymer) sein. Die Vielfalt der verfügbaren Materialien und<br />
Materialkombinationen ermöglicht ein anwendungsorientiertes Design der Lithium-Ionen-<br />
Zellen nach dem Baukastenprinzip. Die eingesetzten Materialien beeinflussen nicht nur die<br />
Eigenschaften, sondern ganz wesentlich auch die Kostenstruktur <strong>von</strong> Lithium-Ionen-Zellen.<br />
Für zukünftige Anwendungen in Elektrofahrzeugen sollen daher die Anteile teurer Materialien,<br />
wie z.B. Cobalt, durch Mischmaterialien reduziert oder durch Alternativen komplett ersetzt<br />
werden. Weitere Forschungsbestrebungen zielen auf den Einsatz <strong>von</strong> Materialien höherer<br />
Sicherheit, langer Lebensdauer sowie verbesserter spezifischer Energie und Leistung.<br />
Die Analysen der verfügbaren Kostenstudien [Anderman, 2009; BCG, 2010; Holman, 2008]<br />
zeigen, dass die verwendeten Materialien einen erheblichen Einfluss auf die Höhe und Ver-<br />
5<br />
Der Einfachheit halber wird im Folgenden <strong>mit</strong> US$ gerechnet. Bei Umrechnungen<br />
wurde einheitlich ein Umrechnungskurs <strong>von</strong> 1 Euro = ~1,4 US$ verwendet.<br />
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