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Batterieforschung


Das strategische Batterieteam, bestehend aus Forschern und Forscherinnen des Helmholtz Instituts Münster und der Universität Münster, entwickelt strategische Perspektiven auf die Batterieforschung. Das Forschungsgebiet beinhaltet Kosten-, Versorgungs- und Umweltaspekte entlang der gesamten Wertschöpfungskette und untersucht den aktuellen Stand der Technik sowie zukunftsweisende Batterietechnologien.


Kostenmodellierung
Nach eingehender Analyse von Kostenbewertungsmodellen hat das Team detaillierte Bottom-up-Material- und Prozesskostenmodelle entwickelt, die eine Ableitung von Batteriekosten auf Zell- und Systemebene erlauben. Das frei zugängliche Bottom-Up Batteriekostenmodell CellEst wird von unserem Lehrstuhl kontinuierlich weiterentwickelt. Version 1.0 wurde im Februar 2019 vorgestellt (Energies) und im April 2021 folgte Version 2.0 (Journal of Power Sources Advances). Die aktuellste Version 2.1 ist seit September 2021 verfügbar und kann als Excel-Model sammt kurzer Einführung frei heruntergeladen werden. Mithilfe der Modelle konnten bislang Kosteneffekte unterschiedlicher Batteriematerialien transparent gemacht und die optimale Standortwahl für Batteriefabriken in EU untersucht werden. Um auch zukünftig den Einfluss technologischer Fortschritte und ökonomischer Entwicklungen zu bewerten, integriert das Team fortlaufend Weiterentwicklungen in Batteriedesign, Materialien, Prozesstechnologie und ökonomischen Parametern in die Modelle. Außerdem wurde die optimale Größe einer Batteriefertigungsfabrik untersucht. 


Versorgungsrisiken
Im Hinblick auf Batterieversorgung hat das Team Methodiken entwickelt, globale Versorgungsrisiken für Batteriematerialien zu quantifizieren und diese auf Batterieebene zu aggregieren. Derzeit arbeiten die Forscherinnen und Forscher daran, diese auch regionsspezifisch auszuweisen zu können.


Umwelteinfluss

Das Team untersucht darüber hinaus den Umwelteinfluss unterschiedlicher Metalle im Herstellungsprozess für Kathodenaktivmaterialien. Der Schwerpunkt liegt hier auf der Entwicklung eines Konzepts für die Standortwahl, die neben Kosten und Wissen auch Umweltaspekte berücksichtigt.
Um weiterhin eine ganzheitliche Betrachtung der Entwicklungen im hochdynamischen Batterieumfeld zu ermöglichen, wird die Forschung kontinuierlich um weitere Schritte der Batteriewertschöpfung und neue Technologien ergänzt.

Wir freuen uns auf die Zusammenarbeit mit interessierten Partnern aus Industrie und Forschung.


  1. L. Mauler, F. Duffner, W. Zeier, J. Leker, Battery cost forecasting: a review of methods and results with an outlook to 2050,  Energy & Environmental Science, 2021. (doi:10.1039/D1EE01530C)
  2. F. Duffner, M. Wentker, M. Greenwood, J. Leker, Battery cost modeling: A review and directions for future research, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2020, 127. (doi:10.1016/j.rser.2020.109872)
  3. M. Wentker, M. Greenwood, J. Leker, A Bottom-Up Approach to Lithium-Ion Battery Cost Modeling with a Focus on Cathode Active Materials, Energies, 2019, 12, 504. (doi:10.3390/en12030504)
  4. F. Duffner, O. Krätzig, J. Leker, Battery plant location considering the balance between knowledge and cost: A comparative study of the EU-28 countries, Journal of Cleaner Production, 2020, 264. (doi:10.1016/j.jclepro.2020.121428)
  5. M. Wentker, M. Greenwood, M. C. Asaba, J. Leker, A raw material criticality and environmental impact assessment of state-of-the-art and post-lithium-ion cathode technologies, Journal of Energy Storage, 2019, 26. (doi:10.1016/j.est.2019.101022)
  6. F. Duffner, L. Mauler, M. Wentker, J. Leker, M. Winter, Large-scale automotive battery cell manufacturing: Analyzing strategic and operational effects on manufacturing costs, International Journal of Production Economics, 2020, 232. (doi: 10.1016/j.ijpe.2020.107982)
  7. L. Mauler, F. Duffner, J. Leker, Economies of scale in battery cell manufacturing: The impact of material and process innovations, Applied Energy, 2021, 286 (doi:10.1016/j.apenergy.2021.116499)
  8. F. Duffner, N. Kronemeyer, J. Tübke, J. Leker, M. Winter, R. Schmuch, Post-lithium-ion battery cell production and its compatibility with lithium-ion cell production infrastructure, Nature Energy, 2021. (doi:10.1038/s41560-020-00748-8)
  9. M. Greenwood, M. Wentker, J. Leker, A bottom-up performance and cost assessment of lithium-ion battery pouch cells utilizing nickel-rich cathode active materials and silicon-graphite composite anodes, Journal of Power Sources Advances, 2021. (doi.org/10.1016/j.powera.2021.100055)
  10. M. Greenwood, M. Wentker, J. Leker, A region-specific raw material and lithium-ion battery criticality methodology with an assessment of NMC cathode technology, Applied Energy, 2021. (doi.org/10.1016/j.apenergy.2021.117512)