本“替代电池技术–路线图2030+”是作为项目BEMA II的一部分开发的，由德国联邦教育和研究部（BMBF）在“电池2020”下资助“倡议。Fraunhofer ISI正在通过路线图和监测流程、战略信息处理和状态研讨会支持德国电池研究，以交流科学进步和技术转让的信息。这一总括概念包括基本能力建设以及工业应用和生产。它专注于材料和组件开发、工艺和生产技术、回收和循环经济，以及数字化和规模化研究。与以前的总括概念相比，还更加强调从学术研究向工业发展的过渡以及随后向应用的转移。BMBF的总括概念考虑了锂离子和其他电池系统（未来有希望的技术变体，例如固态电池、钠离子电池和其他化学物质和概念）。
由于锂离子电池（简称LIBs）在电动汽车和卡车以及终端和移动设备中的广泛应用，它们是目前市场上占主导地位的电池技术。到2023年，全球市场对它们的需求预计将达到近1太瓦时的产能。由于电动汽车的市场渗透率不断提高，电池需求将继续大幅增长。
除了竞争力之外，地缘政治依赖性问题，以及生产地点、供应关系和最终的技术主权问题，在目前国际上出现的电池生态系统中发挥着核心作用。在德国和欧洲，仍然存在不少挑战，例如减少对原材料的依赖，确保获得电池和上游供应链，以及努力通过建立循环经济来减少资源消耗。
为此，Fraunhofer ISI在一份新的路线图中研究了2045年之前的替代电池技术，该路线图侧重于选定的金属离子、金属硫、金属空气和氧化还原液流电池。它分析了技术优势、未来应用领域、市场和供应链、欧洲的定位以及成本和工业可扩展性。路线图还确定了欧盟和德国需要在技术主权方面采取行动的领域。该路线图解决了一些关于替代电池技术的紧迫问题包括：
替代电池技术的技术优势是什么？许多类型的替代电池，例如金属离子（例如，钠离子或锌离子）或金属-空气（例如，锌-空气）电池，显示出提高可持续性、降低成本或减少资源消耗的巨大潜力，但有些电池也具有缺点，如能量密度较低或技术成熟度有限。例如，金属硫电池可以具有更高的能量密度，并且由于每千瓦时硫的适度成本，预计其成本将远低于LIBs。氧化还原液流电池已经在市场上上市，但在成本和碳足迹方面仍需改进。
替代电池技术的潜在应用是什么？对于移动应用，钠离子电池正处于广泛商业化的边缘，第一批钠离子电池已经被用于电动两轮车和小型汽车。从2035年起，锂硫电池有可能用于更大的无人机，从2040年起，甚至可以用于更多的航空应用。对于固定应用，例如在能量密度方面的要求较低。在这种情况下，氧化还原液流电池、盐水或钠硫高温电池等存储系统，其中一些已经在市场上上市，在不久的将来可能会变得更加重要，类似于钠离子、锌或铝离子电池，它们以其良好的资源可用性、安全性或深度放电能力而闻名。
是否有替代电池技术可以显著减少对原材料的依赖？一些有前景的替代电池技术确实需要大量的原材料来实现相同的存储容量，因为它们的能量密度相对较低。然而，许多非锂基技术对此所需的关键原材料不如锂离子电池。尽管如此，由于缺乏任何大规模的应用领域或市场，锂、镍和钴的生产和供应预计暂时仍将至关重要，尤其是在未来5至10年。
是否有任何替代电池技术可以以类似于LIBs的方式生产和扩大规模？在未来十年，非锂离子电池在这方面看起来很有前景，因为它们的生产步骤与锂离子电池非常相似。现有的生产技术和环境可以直接使用（所谓的引入技术），或者只需要进行小的修改。
替代电池技术是否可能变得比锂离子电池便宜？尽管替代电池技术的材料成本可能低于LIBs，但由于产量低，其电池成本最初可能会更高。规模化生产带来了显著的成本效益，但这取决于是否有足够大的市场和GWh规模的应用。
欧洲在替代电池技术方面的定位如何？专利和出版物分析表明，欧盟国家在氧化还原液流电池、锂空气和铝离子电池方面比目前在锂离子电池方面处于更好的地位，而日本和中国仍然是锂离子电池的领先者。对于一些替代电池技术，欧盟国家显示出10%至50%的动态年增长率，而LIB的增长率约为10%。
该路线图的作者团队得出以下结论：锂离子电池将继续主导市场，但选定的替代电池技术可以缓解某些市场和应用对原材料、生产和供应的依赖，从而有助于技术主权。然而，这将需要并值得德国和欧盟在研发方面做出更大努力。
