Asiatische Staaten sind Vorreiter im globalen Batterietechnik-Wettlauf

Erfindungen im Bereich der Stromspeicherung haben im letzten Jahrzehnt weltweit um jährlich 14% zugenommen, wie aus einer gemeinsamen Studie des Europäischen Patentamts und der Internationalen Energieagentur hervorgeht. Asiatische Staaten haben die Nase vorn – Innovationsführer auf diesem Sektor ist Samsung. Ohne leistungsfähige Stromspeicher keine Energiewende: Wie eine gemeinsame Studie des Europäischen Patentamts (EPA) und der Internationalen Energieagentur (IEA) zeigt, nahm die weltweite Patentierungstätigkeit in der Batterietechnik und anderen Stromspeichertechnologien zwischen 2005 und 2018 mit einer jährlichen Durchschnittsrate von 14% viermal schneller zu als im Querschnitt aller technischen Gebiete. Fast 90% der gesamten Patentierungsaktivität im Bereich der Stromspeicherung entfällt auf die Batterietechnik und der Zuwachs an Innovation ist vor allem auf Fortschritte bei wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien für Verbraucherelektronik und für Elektroautos zurückzuführen. Weltweit führend in der Batterietechnik sind Japan und Südkorea, Deutschland ist europäischer Innovationsführer – Österreich rangierte 2018 auf Platz drei bei Patenten aus Europa.

Wie die Studie „Innovationen bei Batterien und Stromspeichern – eine globale Analyse anhand von Patentdaten” zeigt, haben technischer Fortschritt und Massenproduktion in einem zunehmend ausgereiften Industriezweig in den vergangenen Jahren zu einer deutlichen Preissenkung am Batteriemarkt geführt – bei Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge um fast 90% seit 2010 und bei stationären Anwendungen einschließlich Stromnetzmanagement im gleichen Zeitraum um rund zwei Drittel.

Die IEA geht in ihrem Nachhaltigkeitsszenario davon aus, dass 2040 eine Energiespeicherkapazität von annähernd 10.000 GWh in Form von Batterien und sonstigen Speichern benötigt wird, damit die Welt die Klimaschutz- und Nachhaltigkeitsziele einhalten kann – fast das Fünfzigfache des heutigen Werts.

„Die Stromspeichertechnologie ist ausschlaggebend, wenn es darum geht, die Nachfrage nach Elektromobilität zu decken und den notwendigen Übergang zu erneuerbaren Energien zu schaffen, um dem Klimawandel entgegenzuwirken“, sagte EPA-Präsident António Campinos. „Der rapide und anhaltende Innovationszuwachs im Bereich der Stromspeicherung zeigt, dass Erfinder und Unternehmen die Herausforderung der Energiewende angehen. Die Patentdaten lassen erkennen, dass Asien in dieser strategischen Branche zwar deutlich führt, die USA und Europa sich aber auf ein breites Innovationsökosystem mit einer Vielzahl von KMU und Forschungseinrichtungen stützen können und so bei der Entwicklung der nächsten Generation von Batterien im Rennen bleiben dürften.“

„Die IEA-Prognosen machen deutlich, dass die Energiespeicherung in den kommenden Jahrzehnten exponentiell wachsen muss, damit die Welt die internationalen Klimaschutz- und Nachhaltigkeitsziele einhalten kann. Beschleunigte Innovation wird für dieses Wachstum von entscheidender Bedeutung sein“, ergänzte IEA-Exekutivdirektor Fatih Birol.

Innovation im Bereich der Stromspeicherung wächst rapide

Der Bericht stellt die wichtigsten Innovationstrends im Bereich der Stromspeicherung zwischen 2000 und 2018 vor, gemessen an internationalen Patentfamilien, denen jeweils eine hochwertige Erfindung zugrunde liegt, für die Patentanmeldungen bei zwei oder mehr Patentämtern weltweit eingereicht worden sind. Da Patentanmeldungen viele Monate oder gar Jahre vor der Vermarktung eines Produkts eingereicht werden, gelten sie als Frühindikator für Technologietrends.

Im Bereich der Stromspeicherung haben Unternehmen weltweit seit 2000 mehr als 65.000 internationale Patentfamilien (IPF) eingereicht. Die Studie zeigt, dass die jährliche Zahl der IPF in diesem Sektor von rund 1.500 im Jahr 2005 auf über 7.000 im Jahr 2018 stark gestiegen ist. Mit einer durchschnittlichen jährlichen Zuwachsrate von 14% seit 2005 haben diese IPF den durchschnittlichen jährlichen Anstieg in allen Technologiefeldern im gleichen Zeitraum (3,5%) erheblich übertroffen.

Zwischen 2000 und 2018 entfielen neun von zehn Stromspeicherpatenten auf Erfindungen in der Batterietechnik, mit sehr großem Abstand gefolgt von elektrischen (9%), thermischen (5%) und mechanischen (3%) Speicherlösungen. Hinzu kommt, dass der starke Aufwärtstrend der letzten Jahre – mit einem neuen Höchststand 2018 – so nur in der Batterietechnik zu verzeichnen war. Dies unterstreicht, wie stark das aktuelle Innovationsgeschehen bei Stromspeichern durch die Batterietechnik dominiert wird.

Aufschwung der Elektromobilität treibt Innovation in der Lithium-Ionen-Technik voran

Der Bericht zeigt, dass die bei tragbaren Elektronikgeräten und bei Elektrofahrzeugen dominierende Lithium-Ionen-Technik seit 2005 der stärkste Innovationstreiber im Batteriesektor ist. 2011 löste Elektromobilität die Verbraucherelektronik als größten Impulsgeber für Erfindungen im Zusammenhang mit Lithium-Ionen-Batterien ab. Verbesserungen bei den Batteriepacks für Elektroautos hatten positive Auswirkungen auf stationäre Anwendungen einschließlich des Stromnetzmanagements.

Der Bericht zeigt auch, dass sich die Patentierungstätigkeit im Bereich der Batteriezellfertigung und -konstruktion in den letzten zehn Jahren verdreifacht hat. Diese beiden Bereiche zusammen machten 2018 fast die Hälfte (47%) der gesamten Patentierungstätigkeit im Zusammenhang mit Batteriezellen aus – ein klarer Hinweis auf die Reife der Branche und die strategische Bedeutung der Entwicklung einer effizienten Massenproduktion.

Darüber hinaus gewinnen auch andere Speichertechnologien wie Superkondensatoren und Redox-Flow-Batterien rasch an Bedeutung: Sie haben das Potenzial, einige der Schwächen von Lithium-Ionen-Batterien zu überwinden.

Deutschland Innovationsführer in Europa

Die Studie macht deutlich, dass Unternehmen aus Asien im globalen Wettlauf um Batterietechnik eine klare Führungsposition innehaben, wobei japanische und südkoreanische Unternehmen an der Spitze stehen. Deutschland nimmt in Europa eine Führungsposition bei den innovativen Stromspeichern ein und ist allein für mehr als die Hälfte der IPF aus Europa verantwortlich. Die Bundesrepublik weist zudem im innereuropäischen Vergleich eine stärkere Spezialisierung bei den batterietechnischen Innovationen auf. Betrachtet man die Patentanmeldungen über den gesamten Zeitraum von 2000 – 2018, dann befindet sich Österreich auf dem vierten Platz in Europa.

Sechs europäische Unternehmen in der Spitzengruppe

Bosch behauptet sich als einziges europäisches Unternehmen in der Top-10-Anmelderliste von IPF für Batterien. Insgesamt sind neun der zehn weltweit führenden Anmelder von batteriebezogenen Patenten asiatische Unternehmen. Zwei Drittel der 25 wichtigsten Anmelder stammen aus Asien, aber immerhin auch sechs aus Europa – wo mit Daimler (20.), BASF (22.) und Volkswagen (24.) drei weitere deutsche Unternehmen vertreten sind sowie die französische Behörde für Atomenergie und alternative Energien (CEA) (23.) und der Konzern Johnson Controls (21.) mit Sitz in Irland – als auch zwei aus den USA. Auf die fünf führenden Anmelder (Samsung, Panasonic, LG, Toyota und Bosch) entfiel zwischen 2000 und 2018 über ein Viertel aller internationalen Patentfamilien.

Europa mit Vielzahl von KMU und Forschungseinrichtungen

Wenn es um Innovation in der Batterietechnik geht, spielen in Europa und den USA auch kleinere Unternehmen, Hochschulen und öffentliche Forschungseinrichtungen eine wichtige Rolle. In Europa entfallen 15,9% der entsprechenden internationalen Patentfamilien auf KMU und 12,7% auf Hochschulen und Forschungseinrichtungen. Ganz anders stellt sich die Situation in Japan (3,4% bzw. 3,5%) und in der Republik Korea (4,6% bzw. 9,0%) dar.