Vom Benchmark neuer Batterietechnologien zur strategischen Kreislaufentscheidung für Europa zur Reduzierung der Abhängigkeit von China

Prof. Dr. Simon Lux, Fraunhofer-Gesellschaft und Universität Münster

Die europäische Energiewende wird grundlegend verändern, wie elektrische Energie erzeugt, genutzt, transportiert und gespeichert wird. Batterien sind dabei – neben weiteren Technologien – bereits heute ein zentraler Baustein zur Dekarbonisierung. Dies zeigt sich in der stark wachsenden Zahl an Elektrofahrzeugen, Rekordinstallationen stationärer Heimspeicher sowie der zunehmenden Realisierung großer netzgekoppelter Batteriespeicher.

Derzeit dominieren Lithium-Ionen-Batterien mit zwei Hauptpfaden: (a) Kathoden auf Basis von Übergangsmetalloxiden und (b) Lithium-Eisenphosphat (LFP). Offen ist jedoch, wie sich der Technologiemix künftig entwickelt: Welche Alternativen – etwa Natrium-Ionen-Zellen – können hinsichtlich Leistung, Herstellkosten, Energiebedarf und Skalierbarkeit konkurrenzfähig werden? Inwieweit können neue Zellchemien von etablierten Produktions- und Qualitätsstrategien profitieren? Und welche industriepolitischen Entscheidungen ermöglichen es Europa, resiliente Batteriewertschöpfungsketten aufzubauen, kritische Rohstoffe in einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft zu halten und zugleich Abhängigkeiten von asiatischen Lieferketten zu reduzieren?

Zur Beantwortung dieser Fragen ist ein ganzheitlicher Bewertungsrahmen erforderlich: von Labor- und Zelldaten bis zur industriellen Großserienfertigung (Gigafactories), von globalem Rohstoffabbau bis zu europäischem Recycling, sowie von Markthochläufen und Absatzprognosen bis zu Materialflüssen in Millionen-Tonnen-Maßstab. Ein besonderer Fokus liegt auf der durchgängigen Energiebilanz entlang der Lieferkette („mine-to-application“) und der Frage, ob die dafür notwendigen Kapazitäten in Europa verfügbar bzw. aufbaubar sind.

Die systematische Analyse und das Benchmarking neuer Zelltechnologien – exemplarisch Natrium-Ionen-Batterien – ermöglichen belastbare Aussagen über deren Potenzial. In Kombination mit techno-ökonomischen Modellen und Kreislaufwirtschaftsszenarien lassen sich Auswirkungen auf Kosten, Ressourcenbedarf, Energieverbrauch, Versorgungssicherheit und Europas strategische Unabhängigkeit quantifizieren.

Prof. Dr. Simon Lux ist seit August 2022 Mitglied der Institutsleitung der Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB sowie Inhaber des Lehrstuhls für Angewandte Elektrochemische Energiespeichertechnik und Wirtschaftschemie an der Universität Münster.

Im Fokus seiner Arbeit stehen die Weiterentwicklung, Integration und Industrialisierung von Batteriezellen– eingebettet in einen ganzheitlichen Bewertungsrahmen entlang der gesamten Wertschöpfungskette von der Materialgewinnung über Zellchemie bis hin zu Recycling und Kreislaufwirtschaft. Dazu zählt die datenbasierte Analyse und das Benchmarking etablierter Lithium-Ionen-Technologien sowie neuer Zellchemien. Ziel seiner Arbeit ist es, techno-ökonomische und recyclingbezogene Auswirkungen im europäischen und weltweiten  Maßstab zu quantifizieren.

Lux studierte Technische Chemie an der Technischen Universität Graz (Dipl.-Ing./M.Sc., 2002–2008) und promovierte am MEET Batterieforschungszentrum der Universität Münster (2008–2011) bei Prof. Dr. Martin Winter. Anschließend war er Postdoktorand am Lawrence Berkeley National Laboratory (USA, 2011–2013) und entwickelte dort Testverfahren zur schnellen Identifikation von Ausfallmechanismen elektrochemischer Energiespeicher.

Von 2013 bis 2017 arbeitete er schließlich im BMW Group Technology Office USA im Silicon Valley, wo er als Senior Engineer und Team Leader der Advanced Powertrain Research Group tätig war und u. a. das Technology Scouting verantwortete. Als letzte Station vor seiner Tätigkeit an der Universität Münster war Lux bei der BMW Group in München als Senior Technical Expert tätig. Hier leitete er die Entwicklung funktionsübergreifender mechanischer und elektrochemischer Zelldesigns sowie zugehöriger Produktionsprozesse für Lithium-Ionen-Zellen der nächsten Generation.

Er ist Autor von 54 wissenschaftlichen Publikationen und (Mit-)Erfinder von 47 Patenten/Patentanmeldungen, die heute in einer Vielzahl in Produkten der BMW Group, z.B: dem i4, auf der Strasse sind.

 

Europe’s energy transition will fundamentally reshape how electricity is generated, used, transported, and stored. Batteries—alongside other technologies—are already a key enabler of decarbonisation, as evidenced by the rapid growth of electric vehicles, record installations of residential storage systems, and the increasing deployment of utility-scale, grid-connected battery storage.

Today, the market is dominated by lithium-ion batteries with two major cathode pathways: (a) transition-metal oxides and (b) lithium iron phosphate (LFP). However, the future technology mix remains uncertain. Which alternatives—such as sodium-ion cells—can become competitive in terms of performance, manufacturing cost, energy demand, and scalability? To what extent can emerging chemistries leverage established production know-how and quality strategies? And which strategic choices will allow Europe to build resilient battery value chains, retain critical materials in a sustainable circular economy, and reduce dependence on Asian supply chains?

Addressing these questions requires a holistic assessment framework: from laboratory and cell-level data to industrial-scale manufacturing (gigafactories), from global mining to European recycling, and from market ramp-up and sales projections to million-ton material flows. A particular focus lies on end-to-end energy demand along the supply chain (“mine-to-application”) and on whether the required capacities can be secured and expanded in Europe.

Systematic benchmarking and data-driven analysis of emerging technologies—exemplified by sodium-ion batteries—enable robust statements on their viability. Combined with scalable techno-economic and recycling/circularity models, this approach quantifies large-scale implications for cost, resource demand, energy consumption, supply security, and Europe’s strategic autonomy.

Prof. Dr. Simon Lux has been a member of the Institute Management of the Fraunhofer Research Institution for Battery cell production FFB since August 2022 and holds the Chair of Applied Electrochemical Energy Storage Technology and Industrial Chemistry at the University of Münster.

His work focuses on the development, integration, and industrialization of battery cells—embedded in a holistic assessment framework along the entire value chain, from raw material extraction and cell chemistry to recycling and circular economy concepts. This includes data-driven analysis and benchmarking of established lithium-ion technologies as well as emerging cell chemistries. The overarching aim is to quantify techno-economic and recycling-related impacts at both European and global scale.

Lux studied Technical Chemistry at Graz University of Technology (Dipl.-Ing./M.Sc., 2002–2008) and earned his PhD at the MEET Battery Research Center at the University of Münster (2008–2011) under Prof. Dr. Martin Winter. He subsequently worked as a postdoctoral researcher at Lawrence Berkeley National Laboratory (USA, 2011–2013), where he developed test methods for the rapid identification of failure mechanisms in electrochemical energy storage systems.

From 2013 to 2017, he worked at the BMW Group Technology Office USA in Silicon Valley as a Senior Engineer and later as Team Leader of the Advanced Powertrain Research Group, where he was responsible, among other things, for technology scouting. Before taking up his position at the University of Münster, Lux worked at BMW Group in Munich as a Senior Technical Expert. In this role, he led the development of cross-functional mechanical and electrochemical cell designs as well as associated manufacturing processes for next-generation lithium-ion cells.

He is the author of 54 scientific publications and a (co-)inventor of 47 patents/patent applications, many of which are implemented in BMW Group products on the road today, for example the i4.