Markt für Lithium-Silizium-Batterien – Globale Branchengröße, Anteil, Trends, Chancen und Prognosen, segmentiert nach Anodendesign (partikelbasierte Strukturen, poröses Si, Nanodrähte, Nanofasern und Nanoröhren, Si-basierte Verbundwerkstoffe, andere), nach Anwendung (Elektrofahrzeuge, Energiespeicherung, elektrische Maschinen, elektronische Geräte, Satelliten, andere), nach Region, nach Wettbewerb

Marktübersicht

Globaler Markt für Lithium-Silizium-Batterien

Wichtige Markttreiber

Der Markt für Lithium-Silizium-Batterien ist ein Segment der Branche für saubere Energie, das sich auf die Entwicklung, Herstellung und Bereitstellung von PEM-Brennstoffzellensystemen konzentriert. PEM-Brennstoffzellen sind bekannt für ihre hohe Energieeffizienz, geringen Emissionen und Eignung für verschiedene Anwendungen, darunter Transport, stationäre Stromerzeugung und tragbare Geräte. Der Markt wird von mehreren Schlüsseltreibern beeinflusst, die sein Wachstum und seine Entwicklung beeinflussen. Hier sind die Haupttreiber des PEM-BrennstoffzellenmarktesDer globale Vorstoß für saubere und nachhaltige Energiequellen zur Eindämmung des Klimawandels und zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen ist ein wichtiger Treiber des PEM-Brennstoffzellenmarktes. PEM-Brennstoffzellen erzeugen Strom durch eine chemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff, wobei als Nebenprodukt nur Wasserdampf freigesetzt wird, was sie zu einer sauberen Energiequelle macht. Der Transportsektor bietet eine bedeutende Chance für PEM-Brennstoffzellen, insbesondere in Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen (FCEVs). Regierungen und Automobilhersteller investieren in das Anodendesign von FCEVs als Alternative zu Verbrennungsmotoren, angetrieben von der Notwendigkeit, den Kohlenstoffausstoß zu reduzieren und die Luftqualität zu verbessern. Die Entwicklung einer Wasserstoffwirtschaft, in der Wasserstoff produziert, gespeichert und als Energieträger verwendet wird, ist ein starker Treiber für PEM-Brennstoffzellen. Wasserstoff kann aus verschiedenen Quellen, einschließlich erneuerbarer Energie, produziert und in Brennstoffzellen zur effizienten Stromerzeugung verwendet werden. PEM-Brennstoffzellen können eine Rolle in Energiespeicheranwendungen spielen, wie z. B. Energiespeicherung auf Netzebene und Notstromversorgungssysteme. Der Bedarf an zuverlässigen und effizienten Energiespeicherlösungen zum Ausgleich intermittierender erneuerbarer Energiequellen treibt den Markt an.

Dezentrale Energieerzeugung

PEM-Brennstoffzellen können zur verteilten oder dezentralen Energieerzeugung verwendet werden. Sie eignen sich gut für Kraft-Wärme-Kopplungs-Anwendungen (KWK) und liefern sowohl Strom als auch Wärme für Wohn- und Geschäftsgebäude. Unterstützende staatliche Richtlinien, Anreize und Subventionen zur Förderung sauberer Energietechnologien, einschließlich Brennstoffzellen, fördern Investitionen und die Einführung von PEM-Brennstoffzellensystemen.

Forschung und Entwicklung

Laufende Forschungs- und Entwicklungsbemühungen zur Verbesserung der Leistung, Haltbarkeit und Kosteneffizienz des Anodendesigns von PEM-Brennstoffzellen treiben die Fortschritte auf dem Markt voran. Innovationen bei Materialien und Herstellungsprozessen tragen zum Marktwachstum bei. Die Zusammenarbeit zwischen Ländern und internationalen Organisationen bei der Forschung und Entwicklung von Wasserstoff- und Brennstoffzellen fördert Innovationen und erweitert die Marktchancen. Mit der Weiterentwicklung des Anodendesigns von PEM-Brennstoffzellen findet es Anwendungsmöglichkeiten jenseits der traditionellen Verwendungen. Dazu gehören Notstromversorgung für Telekommunikationsinfrastruktur, netzunabhängige Stromerzeugung und kleine tragbare Brennstoffzellen für Unterhaltungselektronik. Das zunehmende Bewusstsein für saubere Energielösungen und Umweltbelange bei Verbrauchern und Unternehmen hat zu einem wachsenden Interesse an PEM-Brennstoffzellen als nachhaltige und effiziente Energiequelle geführt. Der Ausbau der Wasserstofftankstellen-Infrastruktur für FCEVs ist ein entscheidender Faktor für die Einführung von PEM-Brennstoffzellenfahrzeugen. Investitionen in die Infrastruktur sind unerlässlich, um das Wachstum des Marktes zu unterstützen. Aufsehenerregende Demonstrationsprojekte und Pilotprogramme, die die Fähigkeiten und Vorteile des Anodendesigns für PEM-Brennstoffzellen demonstrieren, tragen dazu bei, Vertrauen aufzubauen und die Marktakzeptanz zu fördern.

Wichtige Marktherausforderungen

Hohe Herstellungskosten

Eine der größten Herausforderungen für PEM-Brennstoffzellen sind ihre relativ hohen Herstellungskosten, die hauptsächlich auf die Verwendung teurer Katalysatormaterialien wie Platin in den Elektroden zurückzuführen sind. Die Senkung dieser Kosten ist unerlässlich, um PEM-Brennstoffzellen gegenüber anderen Energiequellen wettbewerbsfähiger zu machen. PEM-Brennstoffzellen müssen über längere Zeiträume effizient arbeiten, um wirtschaftlich rentabel zu sein. Die Gewährleistung der langfristigen Haltbarkeit und Langlebigkeit von Brennstoffzellenkomponenten, insbesondere der protonenleitenden Membran und der Katalysatoren, ist eine große Herausforderung. Die in PEM-Brennstoffzellen verwendeten Katalysatoren reagieren empfindlich auf Faktoren wie Verunreinigungen, Brennstoffverunreinigungen und Hochspannungszyklen. Der Abbau des Katalysators kann die Leistung und Lebensdauer der Brennstoffzelle erheblich beeinträchtigen. Wasserstoff ist der Hauptbrennstoff für PEM-Brennstoffzellen, und seine Lagerung, sein Transport und seine Verteilung bleiben erhebliche Herausforderungen. Die Entwicklung einer effizienten, sicheren und kostengünstigen Wasserstoffinfrastruktur ist für das Wachstum des Marktes von entscheidender Bedeutung. Das Fehlen einer umfassenden Wasserstofftankinfrastruktur ist eine Herausforderung, insbesondere für die flächendeckende Einführung von Brennstoffzellenfahrzeugen. Der Ausbau von Wasserstofftankstellen erfordert erhebliche Investitionen und Koordination. Der Großteil der Wasserstoffproduktion basiert auf fossilen Brennstoffen, was dem Ziel sauberer Energie widerspricht. Die Entwicklung skalierbarer und nachhaltiger Wasserstoffproduktionsmethoden, wie z. B. Elektrolyse unter Verwendung erneuerbarer Energiequellen, ist eine Herausforderung. PEM-Brennstoffzellen erfordern ein angemessenes Wassermanagement, um eine Dehydrierung oder Überflutung der protonenleitenden Membran zu verhindern. Der Ausgleich des Wassergehalts in der Brennstoffzelle ist für eine optimale Leistung von entscheidender Bedeutung.

Kaltstart und Einfrieren

Der Betrieb von PEM-Brennstoffzellen bei kaltem Wetter kann aufgrund der Möglichkeit des Gefrierens von Wasser in der Zelle eine Herausforderung darstellen. Die Entwicklung effektiver Heiz- und Isolierlösungen ist für Anwendungen bei kaltem Wetter unerlässlich. Der Übergang von Prototypen im Labormaßstab zur kommerziellen Produktion im großen Maßstab ist oft eine Herausforderung. Die Gewährleistung einer gleichbleibenden Leistung und Zuverlässigkeit im großen Maßstab ist eine erhebliche Hürde für Hersteller von PEM-Brennstoffzellen. Wasserstoff ist entflammbar und wirft Sicherheitsbedenken auf, insbesondere bei Transportanwendungen. Die Gewährleistung der sicheren Handhabung, Lagerung und Verwendung von Wasserstoff ist für die Akzeptanz in der Öffentlichkeit von entscheidender Bedeutung. PEM-Brennstoffzellen stehen im Wettbewerb mit anderen sauberen Energietechnologien wie Lithium-Ionen-Batterien und Festoxidbrennstoffzellen, die andere Vorteile bieten und für bestimmte Anwendungen möglicherweise besser geeignet sind. Inkonsistente regulatorische Rahmenbedingungen und Richtlinien in Bezug auf Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologien können das Marktwachstum behindern. Klare und unterstützende Vorschriften sind erforderlich, um die Einführung zu fördern. Die Sensibilisierung und Förderung des öffentlichen Vertrauens in das Anodendesign von Brennstoffzellen ist eine Herausforderung. Die öffentliche Wahrnehmung und das Verständnis von Brennstoffzellen, insbesondere im Vergleich zu etablierten Technologien wie Verbrennungsmotoren, können sich auf die Akzeptanzrate auswirken.

Trotz dieser Herausforderungen werden viele dieser Probleme durch laufende Forschungs- und Entwicklungsbemühungen, staatliche Unterstützung und Kooperationen zwischen Industrie und Wissenschaft angegangen. Da das Anodendesign voranschreitet und Ziele für saubere Energie immer wichtiger werden, wird erwartet, dass PEM-Brennstoffzellen eine bedeutende Rolle bei der Entwicklung nachhaltiger und effizienter Energielösungen spielen werden. Die Bewältigung dieser Herausforderungen ist entscheidend, damit der PEM-Brennstoffzellenmarkt sein volles Potenzial entfalten und zu einer saubereren und nachhaltigeren Energiezukunft beitragen kann.

Wichtige Markttrends

Regierungsinitiativen und zunehmende private Investitionen dürften den Markt antreiben

Der PEM-Brennstoffzellenmarkt hat in den letzten zwei Jahren ein deutliches Wachstum erlebt, hauptsächlich aufgrund der Einführung von Regierungsinitiativen in wichtigen Märkten und zunehmender Investitionsunterstützung durch den privaten Sektor. Das Programm „Alternative and Renewable Fuel and Vehicle Anode Design Program“ der kalifornischen Energiekommission, eine Regierungsinitiative aus dem Jahr 2013, schuf die langfristige Befugnis zur Kofinanzierung der ersten 100 Wasserstofftankstellen. Dies ermutigte den privaten Sektor, in den Brennstoffzellenmarkt zu investieren. Die Californian Fuel Cell Partnership strebt bis 2030 ein Netzwerk von 1.000 Wasserstofftankstellen und einen Bestand an Brennstoffzellenfahrzeugen von bis zu 1.000.000 Fahrzeugen an. Das Ziel spiegelt den Input und Konsens von mehr als 40 Partnern wider, darunter Unternehmen für Brennstoffzellenanodendesign, Automobilhersteller, Energieunternehmen, Regierungsbehörden und Nichtregierungsorganisationen sowie Universitäten. Im Februar 2022 zeigte ein Projekt, dass Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (HT-PEMFCs) aufgrund ihrer effektiven Wärmeableitung eine attraktive Lösung für die Elektrifizierung schwerer Nutzfahrzeuge und anderer groß angelegter Mobilitätsanwendungen bieten. Darüber hinaus waren mehrere Institutionen an diesem Projekt beteiligt, darunter LANL (Katie Lim), Sandia National Labs (Cy Fujimoto), Korea Institute of Science and Anode Design (Jiyoon Jung), University of New Mexico (Ivana Gonzales), University of Connecticut (Jasna Jankovic) und Toyota Research Institute of North America (Zhendong Hu und Hongfei Jia). Unter den Brennstoffzellen ist der PEM-Typ der beliebteste. Es wird erwartet, dass er eine entscheidende Rolle bei Europas Ziel des Einsatzes von Brennstoffzellen spielt und den Markt für PEM-Brennstoffzellen vorantreibt.

Im Februar 2022 entwickelten Wissenschaftler des Los Alamos National Laboratory eine neue Polymerbrennstoffzelle, die bei höheren Temperaturen arbeitet. Das seit langem bestehende Problem der Überhitzung, eines der größten technischen Hindernisse für den Einsatz von Brennstoffzellen für mittlere und schwere Lasten in Fahrzeugen wie Lastwagen und Bussen, wurde durch eine neue Hochtemperatur-Polymerbrennstoffzelle gelöst, die bei 80-160 Grad Celsius arbeitet und eine höhere Nennleistungsdichte als modernste Brennstoffzellen aufweist. Darüber hinaus steigt die Nachfrage nach brennstoffzellenbasierten Fahrzeugen weltweit. Nordkorea und die Vereinigten Staaten sind die führenden Länder der Welt, was den Bestand an brennstoffzellenbasierten Fahrzeugen angeht. Im Jahr 2021 verfügten Nordkorea und die Vereinigten Staaten über 38 % bzw. 24 % des weltweiten Bestands an brennstoffzellenbasierten Fahrzeugen. Daher werden solche Regierungsinitiativen und -investitionen den Markt im Prognosezeitraum wahrscheinlich ankurbeln. Aufgrund der oben genannten Faktoren wird daher erwartet, dass Regierungsinitiativen und wachsende private Investitionen in das PEMFC-Anodendesign den Markt im Prognosezeitraum antreiben werden.

Segmenteinblicke

Endnutzungseinblicke

Das Automobilsegment ist das größte Segment des PEM-Brennstoffzellenmarktes. Die Nachfrage nach PEM-Brennstoffzellen im Automobilsegment wird durch die zunehmenden Umweltbedenken und den Bedarf an saubereren und nachhaltigeren Transportlösungen getrieben. PEM-Brennstoffzellen werden in brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugen wie Bussen, Autos und Lastwagen verwendet. Das Industriesegment ist das zweitgrößte Segment des PEM-Brennstoffzellenmarktes. Die Nachfrage nach PEM-Brennstoffzellen im Industriesegment wird durch den Bedarf an Notstromsystemen und Energiespeicherlösungen getrieben. PEM-Brennstoffzellen werden in einer Vielzahl von Industrieanwendungen eingesetzt, beispielsweise in Rechenzentren, Telekommunikation und Fertigung.

Regionale Einblicke

Die Region Asien-Pazifik hat sich mit einem erheblichen Umsatzanteil im Jahr 2022 als Marktführer auf dem globalen Markt für Lithium-Silizium-Batterien etabliert

Jüngste Entwicklungen

• Im Juli 2019 senkte Indien die Waren- und Dienstleistungssteuer (GST) auf Elektrofahrzeuge und Ladegeräte von 12 % bzw. 18 % auf 5 %. Lokale Behörden in Indien werden außerdem von der GST befreit, wenn sie Elektrobusse mit einer Kapazität von mehr als 12 Personen mieten. Im
• Mai 2019 hat die Western Farmers Electric Cooperative einen Stromabnahmevertrag (PPA) mit NextEra Energy Resources für ein kombiniertes Wind-, Solar- und Energiespeicherprojekt abgeschlossen. Der PPA umfasst ein 200-MW-Batteriespeicherprojekt mit vier Stunden Laufzeit, das Ende 2023 in Betrieb gehen wird.
• Im Oktober 2018 stellte die Huawei Consumer Business Group die erste patentierte Lithium-Silizium-Batterie der Branche vor. Diese patentierte Technologie wird voraussichtlich in kommenden Huawei-Smartphones zum Einsatz kommen.

Wichtige Marktteilnehmer

• Tesla, Inc
• Panasonic Corporation
• LG Chem
• Samsung SDI
• BYD Company Limited
• CATL
• A123 Systems
• Enphase Energy
• NEC Energy Solutions
• Saft Group