Die vorliegende Wissenslandkarte befasst sich mit den wirtschaftlichen und technischen Entwicklungen bei Batteriesystemen für Elektromobilität. Grundsätzliches Ziel der diesbezüglichen Forschung ist es, diese Batteriesysteme für einen breiten Einsatz zu verbessern, um künftige Elektromobilität preiswerter, sicherer und nutzerfreundlicher zu gestalten.

Mögliche Forschungsrichtungen orientieren sich an verschiedenen technischen, wirtschaftlichen und sozioökonomischen Anforderungen an Batteriesysteme für Elektrofahrzeuge. Diese sind in Tabelle 1 dargestellt. Dafür kommen sowohl schrittweise Veränderungen an gegenwärtig etablierten Lithium-Ionen-Systemen in Betracht, als auch neuere Ansätze, die auf Systemwechsel inklusive alternativer Materialien und Fertigungsverfahren für Batterien abzielen.

Das Batteriesystem für Elektrofahrzeuge ist hochkomplex und unterscheidet sich maßgeblich von anderen, alltäglich genutzten Batterietypen. Als Hauptantriebsquelle eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs ist die Traktionsbatterie auch eine seiner wesentlichsten Kostenkomponenten. Verbaut werden gegenwärtig hauptsächlich Lithium-Ionen-Akkus, die viele Ladezyklen ermöglichen und dabei keinen spürbaren Memory-Effekt aufweisen. Für die Reichweite eines Elektrofahrzeugs ist die Leistungsfähigkeit der eingesetzten Batterie von entscheidender Bedeutung. In Kleinwagen werden derzeit häufig Modelle mit unter 40 Kilowattstunden verwendet, was die Reichweite dieser Fahrzeuge auf 200-300 Kilometer beschränkt. In Premiummodellen wie dem Tesla Modell S oder dem Audi e-tron werden hingegen Batterien mit bis 100 Kilowattstunden verbaut. Eine Erhöhung der Batteriekapazität führt dabei momentan zu signifikanten Preissteigerungen, da die größten verfügbaren Batterien dem Gegenwert eines Kleinwagen entsprechen, was in der Summe das betreffende Fahrzeug deutlich verteuert. Das zeigt zwei wichtige Stoßrichtungen für die Batterieforschung auf: Zum einen die Erhöhung der Energiedichte, also des Verhältnisses von Energieinhalt zu Volumen, welche sich unmittebar auf die Reichweite von Elektrofahrzeugen auswirkt; zum anderen die Senkung der Herstellungskosten für Batteriesysteme.

In dieser Wissenslandkarte wird zunächst der aktuelle technische Stand des etablierten Lithium-Ionen-Batteriesystems dargestellt. Aus diesem können technische und ökonomische Herausforderungen bei der Weiterentwicklung von Batterietechnik für die Elektromobilität abgeleitet werden. Darüber hinaus werden neue, alternative Ansätze zum bisherigen Standard der Lithium-Ionen-Batterie in der aktuellen Forschung aufgezeigt. Eine Darstellung der derzeitigen Forschungs- und Akteurslandschaft in Deutschland rundet die Wissenslandkarte ab.