[Die Energiedichte von Lithiumbatterien könnte in Zukunft das 1,5- bis 2-fache des Stroms erreichen, was bedeutet, dass die Batterien kleiner werden.]
[Die Kostensenkung bei Lithium-Ionen-Batterien liegt höchstens zwischen 10 und 30 Prozent. Eine Halbierung des Preises ist schwierig.]
Von Smartphones bis hin zu Elektroautos: Batterietechnologie erobert zunehmend alle Lebensbereiche. Wohin entwickelt sich die Batterie der Zukunft und welche gesellschaftlichen Veränderungen bringt sie mit sich? Mit diesen Fragen im Hinterkopf interviewte ein Reporter von First Financial letzten Monat den japanischen Wissenschaftler Akira Yoshino, der in diesem Jahr den Nobelpreis für Chemie für Lithium-Ionen-Batterien erhielt.
Yoshino ist der Meinung, dass Lithium-Ionen-Batterien auch in den nächsten zehn Jahren die Batterieindustrie dominieren werden. Die Entwicklung neuer Technologien wie künstliche Intelligenz und das Internet der Dinge werde die Anwendungsaussichten von Lithium-Ionen-Batterien „undenkbar“ verändern.
Unvorstellbare Veränderung
Als Yoshino den Begriff „tragbar“ kennenlernte, erkannte er, dass die Gesellschaft eine neue Batterie benötigte. 1983 wurde in Japan die weltweit erste Lithiumbatterie entwickelt. Yoshino Akira entwickelte den weltweit ersten Prototyp einer wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterie und wird einen herausragenden Beitrag zur Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien leisten, die künftig in Smartphones und Elektrofahrzeugen weit verbreitet sein werden.
Letzten Monat sagte Akira Yoshino in einem Exklusivinterview mit dem führenden Finanzjournalisten, dass er nach der Verleihung des Nobelpreises „keine wirklichen Gefühle“ verspürte. „Die ausführlichen Interviews haben mich später sehr beschäftigt, und ich konnte mich nicht besonders freuen“, sagte Akira Yoshino. „Aber je näher der Tag der Preisverleihung im Dezember rückt, desto stärker wird mir die Realität der Auszeichnungen.“
In den letzten 30 Jahren erhielten 27 japanische Wissenschaftler den Nobelpreis für Chemie, doch nur zwei von ihnen, darunter Akira Yoshino, wurden als Unternehmensforscher ausgezeichnet. „In Japan werden in der Regel Forscher von Forschungsinstituten und Universitäten ausgezeichnet, während nur wenige Unternehmensforscher aus der Industrie Auszeichnungen erhalten“, sagte Akira Yoshino gegenüber dem First Financial Journalist. Er betonte auch die Erwartungen der Branche. Er sei überzeugt, dass in den Unternehmen viel Forschung auf Nobelpreisniveau betrieben werde, die japanische Industrie jedoch ihre Führung und Effizienz verbessern müsse.
Yoshino Akira ist überzeugt, dass die Entwicklung neuer Technologien wie Künstlicher Intelligenz und dem Internet der Dinge die Anwendungsaussichten von Lithium-Ionen-Batterien grundlegend verändern wird. So wird beispielsweise die Weiterentwicklung von Software den Batteriedesignprozess und die Entwicklung neuer Materialien beschleunigen und die Nutzung der Batterie verbessern, sodass sie optimal genutzt werden kann.
Yoshino Akira ist auch sehr besorgt über den Beitrag seiner Forschung zur Lösung der globalen Klimaprobleme. Er erklärte gegenüber dem First Financial Journalist, er habe die Auszeichnung aus zwei Gründen erhalten. Erstens, weil er zur Entwicklung einer intelligenten mobilen Gesellschaft beitrage; zweitens, weil er einen wichtigen Beitrag zum globalen Umweltschutz leiste. „Der Beitrag zum Umweltschutz wird in Zukunft immer deutlicher werden. Gleichzeitig bietet dies auch eine großartige Geschäftsmöglichkeit“, sagte Akira Yoshino einem Finanzreporter.
Yoshino Akira teilte den Studenten während einer Vorlesung an der Meijo-Universität als Professor mit, dass er angesichts der hohen Erwartungen der Öffentlichkeit an die Nutzung erneuerbarer Energien und Batterien als Gegenmaßnahme zur globalen Erwärmung seine eigenen Informationen liefern werde, darunter auch Gedanken zu Umweltproblemen.
Wer wird die Batterieindustrie dominieren?
Die Entwicklung der Batterietechnologie löste eine Energierevolution aus. Von Smartphones bis hin zu Elektroautos ist die Batterietechnologie allgegenwärtig und verändert jeden Aspekt des Lebens der Menschen. Ob die Batterie der Zukunft leistungsfähiger und kostengünstiger sein wird, wird jeden von uns betreffen.
Derzeit arbeitet die Industrie daran, die Sicherheit der Batterie zu verbessern und gleichzeitig ihre Energiedichte zu erhöhen. Die Verbesserung der Batterieleistung trägt durch die Nutzung erneuerbarer Energien auch zur Bekämpfung des Klimawandels bei.
Yoshino ist der Ansicht, dass Lithium-Ionen-Batterien auch in den nächsten zehn Jahren die Batterieindustrie dominieren werden. Die Entwicklung und der Aufstieg neuer Technologien werden jedoch auch die Bewertung und die Aussichten der Branche weiter verbessern. Yoshino Akira erklärte gegenüber First Business News, dass die Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien künftig das 1,5- bis 2-Fache der Stromstärke erreichen könnte, was zu einer geringeren Batteriegröße führen würde. „Das reduziert den Materialbedarf und damit die Kosten, führt aber nicht zu einer signifikanten Senkung der Materialkosten.“ Er erklärte: „Die Kostensenkung bei Lithium-Ionen-Batterien liegt höchstens zwischen 10 und 30 Prozent. Eine Halbierung des Preises ist schwieriger.“
Werden elektronische Geräte in Zukunft schneller aufgeladen? Akira Yoshino erklärte, dass ein Mobiltelefon in 5–10 Minuten vollgeladen sei, was im Labor erreicht wurde. Schnelles Laden erfordert jedoch eine hohe Spannung, was die Akkulaufzeit beeinträchtigt. In der Realität ist eine besonders schnelle Ladezeit oft nicht erforderlich.
Von den frühen Blei-Säure-Batterien über die Nickel-Metallhydrid-Batterien, die die Hauptstütze japanischer Unternehmen wie Toyota bilden, bis hin zu den Lithium-Ionen-Batterien, die Tesla Roaster 2008 einsetzte, dominierten traditionelle Flüssig-Lithium-Ionen-Batterien seit zehn Jahren den Markt für Power-Batterien. In Zukunft wird der Widerspruch zwischen Energiedichte und Sicherheitsanforderungen gegenüber der traditionellen Lithium-Ionen-Batterietechnologie immer deutlicher werden.
Akira Yoshino reagierte auf Experimente und Festkörperbatterieprodukte ausländischer Unternehmen: „Festkörperbatterien sind meiner Meinung nach eine zukunftsweisende Technologie, und es gibt noch viel Raum für Verbesserungen. Ich hoffe auf baldige Fortschritte.“
Er sagte auch, dass Festkörperbatterien technologisch Lithium-Ionen-Batterien ähneln. „Durch technologische Verbesserungen kann die Geschwindigkeit des Lithium-Ionen-Schwimmbads schließlich etwa das Vierfache der aktuellen Geschwindigkeit erreichen“, sagte Akira Yoshino einem Reporter der First Business News.
Festkörperbatterien sind Lithium-Ionen-Batterien, die Festkörperelektrolyte verwenden. Da Festkörperelektrolyte den potenziell explosiven organischen Elektrolyten in herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien ersetzen, werden die beiden Hauptprobleme hoher Energiedichte und hoher Sicherheitsleistung gelöst. Festkörperelektrolyte werden bei gleicher Energie verwendet. Die Batterie, die den Elektrolyten ersetzt, hat eine höhere Energiedichte, gleichzeitig mehr Leistung und eine längere Nutzungsdauer, was den Entwicklungstrend der nächsten Generation von Lithiumbatterien darstellt.
Festkörperbatterien stehen jedoch auch vor Herausforderungen wie Kostensenkung, Verbesserung der Sicherheit von Festelektrolyten und Aufrechterhaltung des Kontakts zwischen Elektroden und Elektrolyten während des Ladens und Entladens. Viele globale Automobilkonzerne investieren derzeit massiv in Forschung und Entwicklung für Festkörperbatterien. Toyota entwickelt beispielsweise eine Festkörperbatterie, deren Kosten jedoch nicht bekannt gegeben werden. Forschungsinstitute prognostizieren, dass der weltweite Bedarf an Festkörperbatterien bis 2030 voraussichtlich bei fast 500 GWh liegen wird.
Professor Whitingham, der sich den Nobelpreis mit Akira Yoshino teilte, sagte, dass Festkörperbatterien möglicherweise erstmals in kleinen elektronischen Geräten wie Smartphones zum Einsatz kommen könnten. „Denn bei der Anwendung in groß angelegten Systemen gibt es noch große Probleme“, sagte Professor Wittingham.
Veröffentlichungszeit: 16. Dezember 2019