Der globale Markt für fortschrittliche Batterien 2024–2034 – Nanotech Magazine

1 FORSCHUNGSMETHODEN 35

• 1.1 Berichtsumfang 35
• 1.2 Forschungsmethodik 35

2 EINFÜHRUNG 37

• 2.1 Der Weltmarkt für fortschrittliche Batterien 37
  • 2.1.1 Elektrofahrzeuge 39
    • 2.1.1.1 Marktübersicht 39
    • 2.1.1.2 Batterieelektrische Fahrzeuge 39
    • 2.1.1.3 Elektrobusse, Transporter und Lkw 40
      • 2.1.1.3.1 Elektrische mittelschwere und schwere Lkw 41
      • 2.1.1.3.2 Elektrische leichte Nutzfahrzeuge (LCVs) 41
      • 2.1.1.3.3 Elektrobusse 42
      • 2.1.1.3.4 Mikro-Elektrofahrzeuge 43
    • 2.1.1.4 Elektro-Offroad 44
      • 2.1.1.4.1 Baufahrzeuge 44
      • 2.1.1.4.2 Elektrische Züge 46
      • 2.1.1.4.3 Elektroboote 47
    • 2.1.1.5 Marktnachfrage und Prognosen 49
  • 2.1.2 Netzspeicher 52
    • 2.1.2.1 Marktübersicht 52
    • 2.1.2.2 Technologien 53
    • 2.1.2.3 Marktnachfrage und Prognosen 54
  • 2.1.3      Unterhaltungselektronik    56
    • 2.1.3.1 Marktübersicht 56
    • 2.1.3.2 Technologien 56
    • 2.1.3.3 Marktnachfrage und Prognosen 57
  • 2.1.4 Stationäre Batterien 57
    • 2.1.4.1 Marktübersicht 57
    • 2.1.4.2 Technologien 59
    • 2.1.4.3 Marktnachfrage und Prognosen 60
• 2.2 Markttreiber 60
• 2.3 Megatrends im Batteriemarkt 63
• 2.4 Fortschrittliche Materialien für Batterien 66
• 2.5 Motivation für die Batterieentwicklung über Lithium hinaus 66

3 BATTERIEARTEN 68

• 3.1 Batteriechemie 68
• 3.2 LI-IONEN-BATTERIEN 68
  • 3.2.1 Technologiebeschreibung 68
    • 3.2.1.1 Arten von Lithiumbatterien 73
  • 3.2.2 SWOT-Analyse 76
  • 3.2.3 Anoden 77
    • 3.2.3.1 Materialien 77
      • 3.2.3.1.1 Graphit 79
      • 3.2.3.1.2 Lithiumtitanat 79
      • 3.2.3.1.3 Lithiummetall 79
      • 3.2.3.1.4 Siliziumanoden 80
        • 3.2.3.1.4.1 Vorteile 81
        • 3.2.3.1.4.2 Entwicklung bei Li-Ionen-Batterien 82
        • 3.2.3.1.4.3 Herstellung von Silizium 83
        • 3.2.3.1.4.4 Kosten 84
        • 3.2.3.1.4.5 Anwendungen 85
          • 3.2.3.1.4.5.1 Elektrofahrzeuge 86
        • 3.2.3.1.4.6 Zukunftsausblick 87
      • 3.2.3.1.5 Legierungswerkstoffe 88
      • 3.2.3.1.6 Kohlenstoffnanoröhren in Li-Ion 88
      • 3.2.3.1.7 Graphenbeschichtungen für Li-Ion 89
  • 3.2.4 Li-Ionen-Elektrolyte 89
  • 3.2.5 Kathoden 90
    • 3.2.5.1 Materialien 90
      • 3.2.5.1.1 Kathodenmaterialien mit hohem Nickelgehalt 92
      • 3.2.5.1.2 Fertigung 93
      • 3.2.5.1.3 Hoher Mangangehalt 94
      • 3.2.5.1.4 Li-Mn-reiche Kathoden 94
      • 3.2.5.1.5 Lithiumkobaltoxid (LiCoO2) – LCO 95
      • 3.2.5.1.6 Lithiumeisenphosphat (LiFePO4) – LFP 96
      • 3.2.5.1.7 Lithiummanganoxid (LiMn2O4) – LMO 97
      • 3.2.5.1.8 Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid (LiNiMnCoO2) – NMC 98
      • 3.2.5.1.9 Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid (LiNiCoAlO2) – NCA 99
      • 3.2.5.1.10 LMR-NMC 100
      • 3.2.5.1.11 Lithiummanganphosphat (LiMnP) 100
      • 3.2.5.1.12 Lithium-Mangan-Eisenphosphat (LiMnFePO4 oder LMFP) 101
      • 3.2.5.1.13 Lithium-Nickel-Mangan-Oxid (LNMO) 101
    • 3.2.5.2 Vergleich wichtiger Lithium-Ionen-Kathodenmaterialien 102
    • 3.2.5.3 Neue Methoden zur Kathodenmaterialsynthese 102
    • 3.2.5.4 Kathodenbeschichtungen 103
  • 3.2.6 Bindemittel und Leitzusätze 103
    • 3.2.6.1 Materialien 103
  • 3.2.7 Separatoren 104
    • 3.2.7.1 Materialien 104
  • 3.2.8 Metalle der Platingruppe 105
  • 3.2.9 Marktteilnehmer für Li-Ionen-Batterien 105
  • 3.2.10 Li-Ionen-Recycling 106
    • 3.2.10.1 Vergleich der Recyclingtechniken 108
    • 3.2.10.2 Hydrometallurgie 110
      • 3.2.10.2.1 Methodenübersicht 110
        • 3.2.10.2.1.1 Lösungsmittelextraktion 111
      • 3.2.10.2.2 SWOT-Analyse 112
    • 3.2.10.3 Pyrometallurgie 113
      • 3.2.10.3.1 Methodenübersicht 113
      • 3.2.10.3.2 SWOT-Analyse 114
    • 3.2.10.4 Direktes Recycling 115
      • 3.2.10.4.1 Methodenübersicht 115
        • 3.2.10.4.1.1 Elektrolyttrennung 116
        • 3.2.10.4.1.2 Trennung von Kathoden- und Anodenmaterialien 117
        • 3.2.10.4.1.3 Bindemittelentfernung 117
        • 3.2.10.4.1.4 Relithiation 117
        • 3.2.10.4.1.5 Kathodenrückgewinnung und -erneuerung 118
        • 3.2.10.4.1.6 Hydrometallurgisch-direktes Hybridrecycling 119
      • 3.2.10.4.2 SWOT-Analyse 120
    • 3.2.10.5 Andere Methoden 121
      • 3.2.10.5.1 Mechanochemische Vorbehandlung 121
      • 3.2.10.5.2 Elektrochemische Methode 121
      • 3.2.10.5.3 Ionische Flüssigkeiten 121
    • 3.2.10.6 Recycling bestimmter Komponenten 122
      • 3.2.10.6.1 Anode (Graphit) 122
      • 3.2.10.6.2 Kathode 122
      • 3.2.10.6.3 Elektrolyt 123
    • 3.2.10.7 Recycling von darüber hinausgehenden Li-Ionen-Batterien 123
      • 3.2.10.7.1 Konventionelle vs. neue Prozesse 123
  • 3.2.11 Weltumsätze 125
• 3.3 LITHIUM-METALL-BATTERIEN 126
  • 3.3.1 Technologiebeschreibung 126
  • 3.3.2 Lithium-Metall-Anoden 127
  • 3.3.3 Herausforderungen 127
  • 3.3.4 Energiedichte 128
  • 3.3.5 Anodenlose Zellen 129
  • 3.3.6 Lithium-Metall- und Feststoffbatterien 129
  • 3.3.7 Anwendungen 130
  • 3.3.8 SWOT-Analyse 131
  • 3.3.9 Produktentwickler 132
• 3.4 LITHIUM-SCHWEFEL-BATTERIEN 133
  • 3.4.1 Technologiebeschreibung 133
    • 3.4.1.1 Vorteile 133
    • 3.4.1.2 Herausforderungen 134
    • 3.4.1.3 Kommerzialisierung 135
  • 3.4.2 SWOT-Analyse 136
  • 3.4.3 Globale Umsätze 137
  • 3.4.4 Produktentwickler 138
• 3.5 LITHIUMTITANAT- UND NIOBAT-BATTERIEN 139
  • 3.5.1 Technologiebeschreibung 139
  • 3.5.2 Niobtitanoxid (NTO) 139
    • 3.5.2.1 Niob-Wolframoxid 140
    • 3.5.2.2 Vanadiumoxid-Anoden 141
  • 3.5.3 Globale Umsätze 142
  • 3.5.4 Produktentwickler 142
• 3.6 NATRIUM-IONEN-BATTERIEN (NA-IONEN) 144
  • 3.6.1 Technologiebeschreibung 144
    • 3.6.1.1 Kathodenmaterialien 144
      • 3.6.1.1.1 Schichtförmige Übergangsmetalloxide 144
        • 3.6.1.1.1.1 Typen 144
        • 3.6.1.1.1.2 Radfahrleistung 145
        • 3.6.1.1.1.3 Vor- und Nachteile 146
        • 3.6.1.1.1.4 Marktaussichten für LO SIB 146
      • 3.6.1.1.2 Polyanionische Materialien 147
        • 3.6.1.1.2.1 Vor- und Nachteile 148
        • 3.6.1.1.2.2 Typen 148
        • 3.6.1.1.2.3 Marktaussichten für Poly SIB 148
      • 3.6.1.1.3 Preußischblau-Analoga (PBA) 149
        • 3.6.1.1.3.1 Typen 149
        • 3.6.1.1.3.2 Vor- und Nachteile 150
        • 3.6.1.1.3.3 Marktaussichten für PBA-SIB 151
    • 3.6.1.2 Anodenmaterialien 152
      • 3.6.1.2.1 Harte Kohlenstoffe 152
      • 3.6.1.2.2 Ruß 154
      • 3.6.1.2.3 Graphit 155
      • 3.6.1.2.4 Kohlenstoffnanoröhren 158
      • 3.6.1.2.5 Graphen 159
      • 3.6.1.2.6 Legierungsmaterialien 161
      • 3.6.1.2.7 Natriumtitanate 162
      • 3.6.1.2.8 Natriummetall 162
    • 3.6.1.3 Elektrolyte 162
  • 3.6.2 Vergleichsanalyse mit anderen Batterietypen 164
  • 3.6.3 Kostenvergleich mit Li-Ion 165
  • 3.6.4 Materialien in Natrium-Ionen-Batteriezellen 165
  • 3.6.5 SWOT-Analyse 168
  • 3.6.6 Globale Umsätze 169
  • 3.6.7 Produktentwickler 170
    • 3.6.7.1 Batteriehersteller 170
    • 3.6.7.2 Große Unternehmen 170
    • 3.6.7.3 Automobilunternehmen 170
    • 3.6.7.4 Chemie- und Materialunternehmen 171
• 3.7 NATRIUM-SCHWEFEL-BATTERIEN 172
  • 3.7.1 Technologiebeschreibung 172
  • 3.7.2 Anwendungen 173
  • 3.7.3 SWOT-Analyse 174
• 3.8 ALUMINIUM-IONEN-BATTERIEN 176
  • 3.8.1 Technologiebeschreibung 176
  • 3.8.2 SWOT-Analyse 177
  • 3.8.3 Kommerzialisierung 178
  • 3.8.4 Globale Umsätze 179
  • 3.8.5 Produktentwickler 179
• 3.9 ALL-SOLID-STATE-BATTERIEN (ASSBs) 181
  • 3.9.1 Technologiebeschreibung 181
    • 3.9.1.1 Festkörperelektrolyte 182
  • 3.9.2 Merkmale und Vorteile 183
  • 3.9.3 Technische Spezifikationen 184
  • 3.9.4      Typen    187
  • 3.9.5 Mikrobatterien 189
    • 3.9.5.1 Einleitung 189
    • 3.9.5.2 Materialien 190
    • 3.9.5.3 Anwendungen 190
    • 3.9.5.4 3D-Designs 190
      • 3.9.5.4.1 3D-gedruckte Batterien 191
  • 3.9.6 Massen-Festkörperbatterien 191
  • 3.9.7 SWOT-Analyse 192
  • 3.9.8 Einschränkungen 194
  • 3.9.9 Globale Umsätze 195
  • 3.9.10 Produktentwickler 197
• 3.10 FLEXIBLE BATTERIEN 198
  • 3.10.1 Technologiebeschreibung 198
  • 3.10.2 Technische Spezifikationen 200
    • 3.10.2.1 Ansätze zur Flexibilität 201
  • 3.10.3 Flexible Elektronik 203
    • 3.10.3.1 Flexible Materialien 204
  • 3.10.4 Flexible und tragbare Metall-Schwefel-Batterien 205
  • 3.10.5 Flexible und tragbare Metall-Luft-Batterien 206
  • 3.10.6 Flexible Lithium-Ionen-Batterien 207
    • 3.10.6.1 Elektrodenausführungen 210
    • 3.10.6.2 Faserförmige Lithium-Ionen-Batterien 213
    • 3.10.6.3 Dehnbare Lithium-Ionen-Batterien 214
    • 3.10.6.4 Origami- und Kirigami-Lithium-Ionen-Batterien 216
  • 3.10.7 Flexible Li/S-Batterien 216
    • 3.10.7.1 Komponenten 217
    • 3.10.7.2 Kohlenstoffnanomaterialien 217
  • 3.10.8 Flexible Lithium-Mangandioxid-Batterien (Li–MnO2) 218
  • 3.10.9 Flexible Batterien auf Zinkbasis 219
    • 3.10.9.1 Komponenten 219
      • 3.10.9.1.1 Anoden 219
      • 3.10.9.1.2 Kathoden 220
    • 3.10.9.2 Herausforderungen 220
    • 3.10.9.3 Flexible Zink-Mangandioxid-Batterien (Zn–Mn) 221
    • 3.10.9.4 Flexible Silber-Zink-Batterien (Ag-Zn) 222
    • 3.10.9.5 Flexible Zn-Luft-Batterien 223
    • 3.10.9.6 Flexible Zink-Vanadium-Batterien 223
  • 3.10.10 Faserförmige Batterien 224
    • 3.10.10.1 Kohlenstoffnanoröhren 224
    • 3.10.10.2 Typen 225
    • 3.10.10.3 Anwendungen 226
    • 3.10.10.4 Herausforderungen 226
  • 3.10.11 Energy Harvesting kombiniert mit tragbaren Energiespeichergeräten 227
  • 3.10.12 SWOT-Analyse 229
  • 3.10.13 Globaler Umsatz 230
  • 3.10.14 Produktentwickler 232
• 3.11 TRANSPARENTE BATTERIEN 233
  • 3.11.1 Technologiebeschreibung 233
  • 3.11.2 Komponenten 234
  • 3.11.3 SWOT-Analyse 235
  • 3.11.4 Marktausblick 237
• 3.12 abbaubare Batterien 237
  • 3.12.1 Technologiebeschreibung 237
  • 3.12.2 Komponenten 238
  • 3.12.3 SWOT-Analyse 240
  • 3.12.4 Marktausblick 241
  • 3.12.5 Produktentwickler 241
• 3.13 GEDRUCKTE BATTERIEN 242
  • 3.13.1 Technische Spezifikationen 242
  • 3.13.2 Komponenten 243
  • 3.13.3 Entwurf 245
  • 3.13.4 Hauptmerkmale 246
  • 3.13.5 Druckbare Stromabnehmer 246
  • 3.13.6 Druckbare Elektroden 247
  • 3.13.7 Materialien 247
  • 3.13.8 Anwendungen 247
  • 3.13.9 Drucktechniken 248
  • 3.13.10 Gedruckte Lithium-Ionen-Batterien (LIB) 250
  • 3.13.11 Gedruckte Batterien auf Zinkbasis 251
  • 3.13.12 3D-gedruckte Batterien 254
    • 3.13.12.1 3D-Drucktechniken für die Batterieherstellung 256
    • 3.13.12.2 Materialien für 3D-gedruckte Batterien 258
      • 3.13.12.2.1 Elektrodenmaterialien 258
      • 3.13.12.2.2 Elektrolytmaterialien 258
  • 3.13.13 SWOT-Analyse 259
  • 3.13.14 Globaler Umsatz 260
  • 3.13.15 Produktentwickler 261
• 3.14 REDOX-FLOW-BATTERIEN 263
  • 3.14.1 Technologiebeschreibung 263
  • 3.14.2 Vanadium-Redox-Flow-Batterien (VRFB) 264
  • 3.14.3 Zink-Brom-Flowbatterien (ZnBr) 265
  • 3.14.4 Polysulfid-Brom-Flow-Batterien (PSB) 266
  • 3.14.5 Eisen-Chrom-Flow-Batterien (ICB) 267
  • 3.14.6 All-Iron-Flow-Batterien 267
  • 3.14.7 Durchflussbatterien aus Zink-Eisen (Zn-Fe) 268
  • 3.14.8 Wasserstoff-Brom-Durchflussbatterien (H-Br) 269
  • 3.14.9 Wasserstoff-Mangan (H-Mn)-Flussbatterien 270
  • 3.14.10 Organische Flow-Batterien 271
  • 3.14.11 Hybrid-Flow-Batterien 272
    • 3.14.11.1 Zink-Cer-Hybrid 272
    • 3.14.11.2 Zink-Polyiodid-Hybrid-Flow-Batterie 272
    • 3.14.11.3 Zink-Nickel-Hybrid-Flow-Batterie 273
    • 3.14.11.4 Zink-Brom-Hybrid-Flow-Batterie 274
    • 3.14.11.5 Vanadium-Polyhalogenid-Durchflussbatterie 274
  • 3.14.12 Globaler Umsatz 275
  • 3.14.13 Produktentwickler 276
• 3.15 ZN-BASIERENDE BATTERIEN 277
  • 3.15.1 Technologiebeschreibung 277
    • 3.15.1.1 Zink-Luft-Batterien 277
    • 3.15.1.2 Zink-Ionen-Batterien 279
    • 3.15.1.3 Zinkbromid 279
  • 3.15.2 Marktausblick 280
  • 3.15.3 Produktentwickler 281

4 FIRMENPROFILE 282 (296 Firmenprofile)

5 REFERENZEN 537

Liste der Tabellen

• Tabelle 1. Batteriechemie, die in Elektrobussen verwendet wird. 42
• Tabelle 2. Micro-EV-Typen 43
• Tabelle 3. Batteriegrößen für verschiedene Fahrzeugtypen. 46
• Tabelle 4. Konkurrierende Technologien für Batterien in Elektrobooten. 48
• Tabelle 5. Konkurrierende Technologien für Batterien in der Netzspeicherung. 53
• Tabelle 6. Konkurrierende Technologien für Batterien in der Unterhaltungselektronik 56
• Tabelle 7. Konkurrierende Technologien für Natrium-Ionen-Batterien in der Netzspeicherung. 59
• Tabelle 8. Markttreiber für den Einsatz fortschrittlicher Materialien und Technologien in Batterien. 60
• Tabelle 9. Megatrends im Batteriemarkt. 63
• Tabelle 10. Fortschrittliche Materialien für Batterien. 66
• Tabelle 11. Zellzusammensetzung handelsüblicher Li-Ionen-Batterien. 69
• Tabelle 12. Lieferkette für Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion). 72
• Tabelle 13. Arten von Lithiumbatterien. 73
• Tabelle 14. Anodenmaterialien für Li-Ionen-Batterien. 77
• Tabelle 15. Herstellungsmethoden für Nano-Silizium-Anoden. 83
• Tabelle 16. Märkte und Anwendungen für Siliziumanoden. 85
• Tabelle 17. Kathodenmaterialien für Li-Ionen-Batterien. 91
• Tabelle 18. Wichtige Technologietrends, die die Entwicklung von Lithium-Ionen-Batteriekathoden prägen. 91
• Tabelle 19. Eigenschaften von Lithium-Kobalt-Oxid als Kathodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien. 96
• Tabelle 20. Eigenschaften von Lithiumeisenphosphat (LiFePO4 oder LFP) als Kathodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien. 97
• Tabelle 21. Eigenschaften von Lithium-Manganoxid-Kathodenmaterial. 98
• Tabelle 22. Eigenschaften von Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid (NMC). 99
• Tabelle 23. Eigenschaften von Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid 100
• Tabelle 24. Vergleichstabelle der wichtigsten Lithium-Ionen-Kathodenmaterialien 102
• Tabelle 25. Li-Ionen-Batterie-Bindemittel und leitfähige Zusatzmaterialien. 104
• Tabelle 26. Separatormaterialien für Li-Ionen-Batterien. 105
• Tabelle 27. Marktteilnehmer für Li-Ionen-Batterien. 106
• Tabelle 28. Typischer Prozessablauf beim Recycling von Lithium-Ionen-Batterien. 107
• Tabelle 29. Wichtigste Rohstoffströme, die für Lithium-Ionen-Batterien recycelt werden können. 108
• Tabelle 30. Vergleich der LIB-Recyclingmethoden. 108
• Tabelle 31. Vergleich konventioneller und neuer Verfahren für das Recycling über Lithium-Ionen-Batterien hinaus. 124
• Tabelle 32. Weltweiter Umsatz mit Li-Ionen-Batterien, 2018–2034, nach Markt (Milliarden USD). 125
• Tabelle 33. Anwendungen für Li-Metall-Batterien. 130
• Tabelle 34. Entwickler von Li-Metall-Batterien 132
• Tabelle 35. Vergleich der theoretischen Energiedichten von Lithium-Schwefel-Batterien mit anderen gängigen Batterietypen. 134
• Tabelle 36. Weltweiter Umsatz für Lithium-Schwefel, 2018–2034, nach Markt (Milliarden USD). 137
• Tabelle 37. Entwickler von Lithium-Schwefel-Batterieprodukten. 138
• Tabelle 38. Produktentwickler für Lithiumtitanat- und Niobatbatterien. 142
• Tabelle 39. Vergleich der Kathodenmaterialien. 144
• Tabelle 40. Schichtförmige Übergangsmetalloxid-Kathodenmaterialien für Natriumionenbatterien. 144
• Tabelle 41. Allgemeine Zyklenleistungseigenschaften üblicher geschichteter Übergangsmetalloxid-Kathodenmaterialien. 145
• Tabelle 42. Polyanionische Materialien für Kathoden von Natriumionenbatterien. 147
• Tabelle 43. Vergleichende Analyse verschiedener polyanionischer Materialien. 147
• Tabelle 44. Gängige Arten von preußischblauen Analogmaterialien, die als Kathoden oder Anoden in Natriumionenbatterien verwendet werden. 150
• Tabelle 45. Vergleich der Anodenmaterialien von Na-Ionen-Batterien. 152
• Tabelle 46. Hersteller von Hartkohlenstoff für Anoden von Natriumionenbatterien. 153
• Tabelle 47. Vergleich von Kohlenstoffmaterialien in Anoden von Natriumionenbatterien. 154
• Tabelle 48. Vergleich zwischen natürlichem und synthetischem Graphit. 156
• Table 49. Eigenschaften von Graphen, Eigenschaften konkurrierender Materialien, Anwendungen davon. 160
• Tabelle 50. Vergleich von Anoden auf Kohlenstoffbasis. 161
• Tabelle 51. In Natriumionenbatterien verwendete Legierungsmaterialien. 161
• Tabelle 52. Na-Ionen-Elektrolytformulierungen. 163
• Tabelle 53. Vor- und Nachteile im Vergleich zu anderen Batterietypen. 164
• Tabelle 54. Kostenvergleich mit Li-Ionen-Batterien. 165
• Tabelle 55. Schlüsselmaterialien in Natrium-Ionen-Batteriezellen. 165
• Tabelle 56. Produktentwickler für Aluminium-Ionen-Batterien. 179
• Tabelle 57. Arten von Festkörperelektrolyten. 182
• Tabelle 58. Marktsegmentierung und Status für Festkörperbatterien. 183
• Tabelle 59. Typische Prozessketten zur Herstellung von Schlüsselkomponenten und zur Montage von Festkörperbatterien. 184
• Tabelle 60. Vergleich zwischen Flüssig- und Festkörperbatterien. 188
• Tabelle 61. Einschränkungen von Festkörper-Dünnschichtbatterien. 194
• Tabelle 62. Weltweiter Umsatz mit Festkörperbatterien, 2018–2034, nach Markt (Milliarden USD). 195
• Tabelle 63. Marktteilnehmer für Festkörper-Dünnschichtbatterien. 197
• Tabelle 64. Flexible Batterieanwendungen und technische Anforderungen. 199
• Tabelle 65. Prototypen flexibler Li-Ionen-Batterien. 208
• Tabelle 66. Elektrodendesigns in flexiblen Lithium-Ionen-Batterien. 210
• Tabelle 67. Zusammenfassung faserförmiger Lithium-Ionen-Batterien. 213
• Tabelle 68. Arten von faserförmigen Batterien. 225
• Tabelle 69. Weltweiter Umsatz mit flexiblen Batterien, 2018–2034, nach Markt (Milliarden USD). 230
• Tabelle 70. Produktentwickler für flexible Batterien. 232
• Tabelle 71. Komponenten transparenter Batterien. 234
• Tabelle 72. Bestandteile abbaubarer Batterien. 238
• Tabelle 73. Produktentwickler für abbaubare Batterien. 241
• Tabelle 74. Hauptbestandteile und Eigenschaften verschiedener gedruckter Batterietypen. 244
• Tabelle 75. Anwendungen gedruckter Batterien und ihre physikalischen und elektrochemischen Anforderungen. 248
• Tabelle 76. 2D- und 3D-Drucktechniken. 248
• Tabelle 77. Drucktechniken für gedruckte Batterien. 250
• Tabelle 78. Hauptkomponenten und entsprechende elektrochemische Werte von gedruckten Lithium-Ionen-Batterien. 250
• Tabelle 79. Drucktechnik, Hauptkomponenten und entsprechende elektrochemische Werte gedruckter Batterien auf Basis von Zn–MnO2 und anderen Batterietypen. 252
• Tabelle 80. Wichtigste 3D-Drucktechniken für die Batterieherstellung. 256
• Tabelle 81. Elektrodenmaterialien für 3D-gedruckte Batterien. 258
• Tabelle 82. Weltweiter Umsatz mit gedruckten Batterien, 2018–2034, nach Markt (Milliarden USD). 260
• Tabelle 83. Produktentwickler für gedruckte Batterien. 261
• Tabelle 84. Vor- und Nachteile von Redox-Flow-Batterien. 264
• Tabelle 85. Vanadium-Redox-Flow-Batterien (VRFB) – Hauptmerkmale, Vorteile, Einschränkungen, Leistung, Komponenten und Anwendungen. 264
• Tabelle 86. Zink-Brom-Flussbatterien (ZnBr) – Hauptmerkmale, Vorteile, Einschränkungen, Leistung, Komponenten und Anwendungen. 265
• Tabelle 87. Polysulfid-Brom-Flow-Batterien (PSB) – Hauptmerkmale, Vorteile, Einschränkungen, Leistung, Komponenten und Anwendungen. 266
• Tabelle 88. Eisen-Chrom-Flussbatterien (ICB) – Hauptmerkmale, Vorteile, Einschränkungen, Leistung, Komponenten und Anwendungen. 267
• Tabelle 89. All-Iron-Flow-Batterien – Hauptmerkmale, Vorteile, Einschränkungen, Leistung, Komponenten und Anwendungen. 267
• Tabelle 90. Zink-Eisen-Durchflussbatterien (Zn-Fe) – Hauptmerkmale, Vorteile, Einschränkungen, Leistung, Komponenten und Anwendungen. 268
• Tabelle 91. Wasserstoff-Brom-Durchflussbatterien (H-Br) – Hauptmerkmale, Vorteile, Einschränkungen, Leistung, Komponenten und Anwendungen. 269
• Tabelle 92. Wasserstoff-Mangan (H-Mn)-Durchflussbatterien – Hauptmerkmale, Vorteile, Einschränkungen, Leistung, Komponenten und Anwendungen. 270
• Tabelle 93. Organische Flow-Batterien – Hauptmerkmale, Vorteile, Einschränkungen, Leistung, Komponenten und Anwendungen. 271
• Tabelle 94. Zink-Cerium-Hybrid-Flow-Batterien – Hauptmerkmale, Vorteile, Einschränkungen, Leistung, Komponenten und Anwendungen. 272
• Tabelle 95. Zink-Polyiodid-Hybrid-Flow-Batterien – Hauptmerkmale, Vorteile, Einschränkungen, Leistung, Komponenten und Anwendungen. 273
• Tabelle 96. Zink-Nickel-Hybrid-Flow-Batterien – Hauptmerkmale, Vorteile, Einschränkungen, Leistung, Komponenten und Anwendungen. 273
• Tabelle 97. Zink-Brom-Hybrid-Flow-Batterien – Hauptmerkmale, Vorteile, Einschränkungen, Leistung, Komponenten und Anwendungen. 274
• Tabelle 98. Vanadium-Polyhalogenid-Hybrid-Flow-Batterien – Hauptmerkmale, Vorteile, Einschränkungen, Leistung, Komponenten und Anwendungen. 274
• Tabelle 99. Produktentwickler von Redox-Flow-Batterien. 276
• Tabelle 100. Entwickler von ZN-basierten Batterieprodukten. 281
• Tabelle 101. Eigenschaften von CATL-Natriumionenbatterien. 328
• Tabelle 102. Eigenschaften der CHAM-Natrium-Ionen-Batterie. 333
• Tabelle 103. Chasm SWCNT-Produkte. 334
• Tabelle 104. Eigenschaften von Faradion-Natriumionenbatterien. 360
• Tabelle 105. Eigenschaften der Natrium-Ionen-Batterie der HiNa-Batterie. 394
• Tabelle 106. Batterieleistungstestspezifikationen von J. Flex-Batterien. 414
• Tabelle 107. Eigenschaften der LiNa Energy-Batterie. 431
• Tabelle 108. Eigenschaften der Natrium Energy-Batterie. 450

Abbildungsverzeichnis

• Abbildung 1. Jährlicher Absatz von batterieelektrischen Fahrzeugen und Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeugen. 38
• Abbildung 2. Prognose der Li-Ionen-Nachfrage für Elektroautos (GWh), 2018–2034. 49
• Abbildung 3. Markt für Li-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge (Milliarden US-Dollar), 2018–2034. 50
• Abbildung 4. Batterieprognose für Elektrobusse, LKWs und Lieferwagen (GWh), 2018–2034. 51
• Abbildung 5. Prognose der Lithium-Ionen-Nachfrage für Mikro-Elektrofahrzeuge (GWh). 52
• Abbildung 6. Prognose der Netzspeichernachfrage für Lithium-Ionen-Batterien (GWh), 2018–2034. 55
• Abbildung 7. Natriumionen-Gitterspeichereinheiten. 55
• Abbildung 8. Mobiler Akku von Salt-E Dog. 58
• Abbildung 9. I.Power Nest – Energiespeichersystemlösung für Privathaushalte. 59
• Abbildung 10. Batteriekosten bis 2030. 65
• Abbildung 11. Lithiumzellendesign. 70
• Abbildung 12. Funktionsweise einer Lithium-Ionen-Batterie. 71
• Abbildung 13. Li-Ionen-Akkuzellenpaket. 71
• Abbildung 14. Li-Ionen-Batterie für Elektrofahrzeuge (EV). 75
• Abbildung 15. SWOT-Analyse: Li-Ionen-Batterien. 77
• Abbildung 16. Wertschöpfungskette für Siliziumanoden. 81
• Abbildung 17. Li-Cobalt-Struktur. 95
• Abbildung 18. Li-Mangan-Struktur. 98
• Abbildung 19. Typische direkte, pyrometallurgische und hydrometallurgische Recyclingmethoden zur Rückgewinnung von aktiven Materialien für Li-Ionen-Batterien. 107
• Abbildung 20. Flussdiagramm der Recyclingprozesse von Lithium-Ionen-Batterien (LIBs). 109
• Abbildung 21. Flussdiagramm des hydrometallurgischen Recyclings. 111
• Abbildung 22. SWOT-Analyse für das Recycling von Li-Ionen-Batterien in der Hydrometallurgie. 112
• Abbildung 23. Recycling-Flussdiagramm von Umicore. 113
• Abbildung 24. SWOT-Analyse für das Pyrometallurgie-Recycling von Li-Ionen-Batterien. 114
• Abbildung 25. Schematische Darstellung des Direktrecyclingprozesses. 116
• Abbildung 26. SWOT-Analyse für das direkte Recycling von Li-Ionen-Batterien. 120
• Abbildung 27. Weltweiter Umsatz mit Li-Ionen-Batterien, 2018–2034, nach Markt (Milliarden USD). 126
• Abbildung 28. Schematische Darstellung einer Li-Metall-Batterie. 126
• Abbildung 29. SWOT-Analyse: Lithium-Metall-Batterien. 132
• Abbildung 30. Schematische Darstellung einer Lithium-Schwefel-Batterie. 133
• Abbildung 31. SWOT-Analyse: Lithium-Schwefel-Batterien. 137
• Abbildung 32. Globaler Umsatz für Lithium-Schwefel, 2018–2034, nach Märkten (Milliarden USD). 138
• Abbildung 33. Weltweiter Umsatz mit Lithiumtitanat- und Niobatbatterien, 2018–2034, nach Märkten (Milliarden USD). 142
• Abbildung 34. Schematische Darstellung der Preußischblau-Analoga (PBA). 149
• Abbildung 35. Vergleich von REM-Aufnahmen von kugelförmigem Naturgraphit (NG; nach mehreren Verarbeitungsschritten) und synthetischem Graphit (SG). 155
• Abbildung 36. Überblick über die Graphitproduktion, -verarbeitung und -anwendungen. 157
• Abbildung 37. Schematische Darstellung einer mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhre (MWCNT). 159
• Abbildung 38. Schematische Darstellung einer Na-Ionen-Batterie. 167
• Abbildung 39. SWOT-Analyse: Natrium-Ionen-Batterien. 169
• Abbildung 40. Weltweiter Umsatz mit Natrium-Ionen-Batterien, 2018–2034, nach Markt (Milliarden USD). 169
• Abbildung 41. Schema einer Na-S-Batterie. 172
• Abbildung 42. SWOT-Analyse: Natrium-Schwefel-Batterien. 175
• Abbildung 43. Chemie der Saturnose-Batterie. 176
• Abbildung 44. SWOT-Analyse: Aluminium-Ionen-Batterien. 178
• Abbildung 45. Weltweiter Umsatz mit Aluminium-Ionen-Batterien, 2018–2034, nach Markt (Milliarden USD). 179
• Abbildung 46. Schematische Darstellung einer Festkörper-Lithiumbatterie. 181
• Abbildung 47. ULTRALIFE-Dünnschichtbatterie. 182
• Abbildung 48. Anwendungsbeispiele von Dünnschichtbatterien. 185
• Abbildung 49. Kapazitäten und Spannungsfenster verschiedener Kathoden- und Anodenmaterialien. 186
• Abbildung 50. Herkömmliche Lithium-Ionen-Batterie (links), Festkörperbatterie (rechts). 188
• Abbildung 51. Bulk-Typ im Vergleich zum Dünnschicht-SSB. 192
• Abbildung 52. SWOT-Analyse: Festkörperbatterien. 193
• Abbildung 53. Weltweiter Umsatz mit Festkörperbatterien, 2018–2034, nach Markt (Milliarden USD). 196
• Abbildung 54. Ragone-Diagramme verschiedener Batterien und der häufig verwendeten Elektronik, die mit flexiblen Batterien betrieben wird. 199
• Abbildung 55. Flexibler, wiederaufladbarer Akku. 200
• Abbildung 56. Verschiedene Architekturen für flexible und dehnbare elektrochemische Energiespeicher. 201
• Abbildung 57. Arten flexibler Batterien. 203
• Abbildung 58. Batterie mit flexiblem Etikett und bedrucktem Papier. 204
• Abbildung 59. Materialien und Designstrukturen in flexiblen Lithium-Ionen-Batterien. 207
• Abbildung 60. Flexible/dehnbare LIBs mit unterschiedlichen Strukturen. 210
• Abbildung 61. Schematische Darstellung der Struktur dehnbarer LIBs. 211
• Abbildung 62. Elektrochemische Leistung von Materialien in flexiblen LIBs. 211
• Abbildung 63. a–c) Schematische Darstellung koaxialer (a), verdrehter (b) und dehnbarer (c) LIBs. 214
• Abbildung 64. a) Schematische Darstellung der Herstellung des superstretchigen LIB basierend auf einer MWCNT/LMO-Verbundfaser und einer MWCNT/LTO-Verbundfaser. b,c) Foto (b) und schematische Darstellung (c) einer dehnbaren faserförmigen Batterie unter Streckbedingungen. d) Schematische Darstellung des federartig dehnbaren LIB. e) REM-Bilder einer Faser bei verschiedenen Stämmen. f) Entwicklung der spezifischen Kapazität mit der Belastung. d–f) 215
• Abbildung 65. Origami-Einwegbatterie. 216
• Abbildung 66. Von Brightvolt hergestellte Zn-MnO2-Batterien. 219
• Abbildung 67. Ladungsspeichermechanismus von alkalischen Zn-basierten Batterien und Zink-Ionen-Batterien. 221
• Abbildung 68. Von Blue Spark hergestellte Zn-MnO2-Batterien. 222
• Abbildung 69. Von Imprint Energy hergestellte Ag-Zn-Batterien. 222
• Abbildung 70. Tragbare tragbare Geräte mit eigener Stromversorgung. 228
• Abbildung 71. SWOT-Analyse: Flexible Batterien. 230
• Abbildung 72. Weltweiter Umsatz mit flexiblen Batterien, 2018–2034, nach Markt (Milliarden USD). 231
• Abbildung 73. Transparente Batterien. 234
• Abbildung 74. SWOT-Analyse: Transparente Batterien. 236
• Abbildung 75. Degradierbare Batterien. 237
• Abbildung 76. SWOT-Analyse: Abbaubare Batterien. 241
• Abbildung 77. Verschiedene Anwendungen von bedruckten Papierbatterien. 243
• Abbildung 78. Schematische Darstellung der Hauptkomponenten einer Batterie. 243
• Abbildung 79. Schematische Darstellung einer gedruckten Batterie in einer Sandwichzellenarchitektur, bei der Anode und Kathode der Batterie übereinander gestapelt sind. 245
• Abbildung 80. Herstellungsprozesse für konventionelle Batterien (I), 3D-Mikrobatterien (II) und 3D-gedruckte Batterien (III). 255
• Abbildung 81. SWOT-Analyse: Gedruckte Batterien. 260
• Abbildung 82. Weltweiter Umsatz mit gedruckten Batterien, 2018–2034, nach Märkten (Milliarden USD). 261
• Abbildung 83. Schema einer Redox-Flow-Batterie. 263
• Abbildung 84. Weltweiter Umsatz mit Redox-Flow-Batterien, 2018–2034, nach Markt (Milliarden USD). 276
• Abbildung 85. 24M-Batterie. 283
• Abbildung 86. AC-Biode-Prototyp. 285
• Abbildung 87. Schematische Darstellung des Betriebs einer Flüssigmetallbatterie. 295
• Abbildung 88. Vollkeramische dichte Festkörperelektrolyt-Separatorplatten von Ampcera (25 µm Dicke, 50 mm x 100 mm Größe, flexibel und fehlerfrei, Ionenleitfähigkeit bei Raumtemperatur ~1 mA/cm). 296
• Abbildung 89. Amprius-Batterieprodukte. 298
• Abbildung 90. Schematische Darstellung einer Vollpolymerbatterie. 301
• Abbildung 91. Vollpolymer-Batteriemodul. 301
• Abbildung 92. Stromkollektor aus Harz. 302
• Abbildung 93. Gedruckte Dünnschichtbatterie von Ateios. 304
• Abbildung 94. Die Struktur einer Aluminium-Schwefel-Batterie von Avanti Battery. 307
• Abbildung 95. Containerisierte NAS®-Batterien. 309
• Abbildung 96. 3D-gedruckter Lithium-Ionen-Akku. 314
• Abbildung 97. Blaues Lösungsmodul. 316
• Abbildung 98. Tragbares TempTraq-Patch. 317
• Abbildung 99. Schema eines Wirbelschichtreaktors, der die Erzeugung von SWNTs mithilfe des CoMoCAT-Prozesses maßstäblich vergrößern kann. 335
• Abbildung 100. Cymbet EnerChip™ 340
• Abbildung 101. E-Magy-Nanoschwammstruktur. 348
• Abbildung 102. Enerpoly-Zink-Ionen-Batterie. 349
• Abbildung 103. SoftBattery®. 350
• Abbildung 104. ASSB-Festkörperbatterie von EGI 300 Wh/kg. 352
• Abbildung 105. Rolle-zu-Rolle-Ausrüstung, die mit ultradünnem Stahlsubstrat arbeitet. 354
• Abbildung 106. 40-Ah-Batteriezelle. 359
• Abbildung 107. Batterie der FDK Corp. 363
• Abbildung 108. 2D-Papierbatterien. 371
• Abbildung 109. 3D-Papierbatterien im benutzerdefinierten Format. 371
• Abbildung 110. Fuji-Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Produkte. 372
• Abbildung 111. Gelion Endure-Batterie. 375
• Abbildung 112. Tragbare Entsalzungsanlage. 375
• Abbildung 113. Flexible Grepow-Batterie. 387
• Abbildung 114. HPB-Festkörperbatterie. 393
• Abbildung 115. HiNa-Akku für Elektrofahrzeuge. 395
• Abbildung 116. JAC-Demo-Elektrofahrzeug, angetrieben von einer HiNa-Na-Ionen-Batterie. 395
• Abbildung 117. Nanofaser-Vliesstoffe von Hirose. 396
• Abbildung 118. Hitachi Zosen-Festkörperbatterie. 397
• Abbildung 119. Ilika-Festkörperbatterien. 401
• Abbildung 120. ZincPoly™-Technologie. 402
• Abbildung 121. TAeTTOOz druckbare Batteriematerialien. 406
• Abbildung 122. Batteriezelle aus ionischen Materialien. 410
• Abbildung 123. Schematische Darstellung der Festkörperbatteriestruktur von Ionenspeichersystemen. 411
• Abbildung 124. ITEN-Mikrobatterien. 412
• Abbildung 125. A-Sample-Natrium-Ionen-Batteriemodul von Kite Rise. 420
• Abbildung 126. Flexible LiBEST-Batterie. 426
• Abbildung 127. Li-FUN Natrium-Ionen-Batteriezellen. 429
• Abbildung 128. LiNa Energy-Batterie. 431
• Abbildung 129. 3D-Festkörper-Dünnschichtbatterietechnologie. 433
• Abbildung 130. Lyten-Batterien. 436
• Abbildung 131. Herstellungsprozess von Cellulomix. 439
• Abbildung 132. Nanobase im Vergleich zu herkömmlichen Produkten. 439
• Abbildung 133. Batterie von Nanotech Energy. 449
• Abbildung 134. Hybridbatteriebetriebenes elektrisches Motorradkonzept. 452
• Abbildung 135. NBD-Batterie. 454
• Abbildung 136. Schematische Darstellung eines Dreikammersystems für die SWCNH-Produktion. 455
• Abbildung 137. TEM-Aufnahmen einer Kohlenstoff-Nanobürste. 456
• Abbildung 138. EnerCerachip. 460
• Abbildung 139. Kambrische Batterie. 471
• Abbildung 140. Gedruckte Batterie. 475
• Abbildung 141. 3D-Batterie auf Prieto-Schaumbasis. 477
• Abbildung 142. Gedruckte flexible Energiebatterie. 480
• Abbildung 143. ProLogium-Festkörperbatterie. 482
• Abbildung 144. QingTao-Festkörperbatterien. 484
• Abbildung 145. Schematische Darstellung der Chinon-Flow-Batterie. 486
• Abbildung 146. 3Ah Lithium-Metall-Festkörperbatterie der Sakuú Corporation. 489
• Abbildung 147. Salgenx S3000 Meerwasser-Durchflussbatterie. 491
• Abbildung 148. Prismatische Batterien der sechsten Generation von Samsung SDI. 493
• Abbildung 149. SES Apollo-Batterien. 498
• Abbildung 150. Sionic Energy-Batteriezelle. 505
• Abbildung 151. Solid Power-Akkuzelle. 507
• Abbildung 152. Lignin-Batteriematerialien von Stora Enso. 510
• Abbildung 153. Festkörperbatterie 517 von TeraWatt Technology
• Abbildung 154. Zeta Energy 20 Ah-Zelle. 534
• Abbildung 155. Zoolnasm-Batterien. 535

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