Studie zeigt: Lithium- und Natrium-Ionen-Technologien sind enger verknüpft als angenommen

Batterien gelten als Schlüsseltechnologie für die globale Energie- und Mobilitätswende. Neben den etablierten Lithium-Ionen-Batterien gewinnen Natrium-Ionen-Batterien zunehmend an Bedeutung, vor allem wegen ihrer Kostenvorteile und der Unabhängigkeit von knappen Rohstoffen wie Lithium oder Kobalt. Bislang wurden solche neuen Batterietypen in Politik und Medien oft als Chance gesehen, technologische Rückstände gegenüber Marktführern schnell aufzuholen. Eine nun in der Fachzeitschrift Nature Energy veröffentlichte Studie eines Forschungsteams der Universität Münster, der ETH Zürich, der Stanford University sowie der Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle (FFB) zeigt jedoch, dass ein solcher technologischer Neustart schwieriger ist als gedacht, da die neuen Technologien stark auf dem bestehenden Wissen aufbauen.

Etablierte Marktakteure haben demnach strukturelle Vorteile, weil sie chemieübergreifendes Produktions- und Designwissen nutzen können. Dadurch sind Markteintrittsbarrieren für neue Akteure höher als häufig diskutiert. Gängige Prognosen, die verschiedene Batterietechnologien als voneinander unabhängige Lernpfade modellieren, könnten Kostenentwicklungen und Wettbewerbsdynamiken systematisch verzerren, warnen die Forscher. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass der Wechsel zu einer neuen Batterietechnologie nicht automatisch eine Tür für neue Marktteilnehmer öffnet“, erklärt Dr. André Hemmelder von der Universität Münster. „Etablierte Unternehmen bauen ihren Vorsprung weiter aus, indem sie ihr Wissen über Design und Produktion übertragen. Für Neueinsteiger ohne Erfahrung mit Lithium-Ionen-Batterien entstehen dadurch deutlich höhere Hürden als bislang angenommen.“

Auch für die Industriepolitik sind diese Befunde wegweisend. „Policy-Strategien sollten Batterien als technologisch einheitliche Systeme betrachten“, betont Prof. Dr. Tobias Schmidt von der ETH Zürich. „Ein Wettbewerbsvorteil entsteht nicht durch isoliertes Fachwissen, sondern durch die Beherrschung übergreifender technologischer Fähigkeiten.“

Die Wissenschaftler analysierten für ihre Studie mehr als 15.000 Patente. Mithilfe künstlicher Intelligenz (Large Language Models) klassifizierten sie die Patente automatisch nach Elektrodenmaterialien und Innovationsart (Produkt- oder Prozessinnovation) und rekonstruierten, wie das Wissen weitergegeben wurde. Die Ergebnisse belegen einen massiven, anhaltenden Wissensaustausch mit Blick auf verschiedene Lithium-Ionen-Varianten und zwischen Lithium- und Natrium-Ionen-Batterien. Dabei lässt sich vor allem eine Weitergabe von Wissen von der etablierten Lithium-Ionen-Technologie hin zu neueren Natrium-Ionen-Technologien beobachten. In einigen Fällen, etwa zwischen unterschiedlichen Lithium-Ionen-Technologien, ist dieser technologieübergreifende Wissensaustausch sogar stärker als die Weiterentwicklung innerhalb derselben Technologie.

Neben den industriepolitischen Auswirkungen setzt die Studie auch methodisch neue Maßstäbe: Das Team kombinierte erstmals eine KI-gestützte Patentklassifikation mit einer Analyse, wie Patente im Zeitverlauf aufeinander aufbauen. Der Ansatz lässt sich auf andere Technologiefelder übertragen, um technologische Abhängigkeiten und Markteintrittsbarrieren frühzeitig zu erkennen.