Förderschwerpunkte

Ein zentrales Innovationshemmnis in Deutschland ist der Transfer von Batterieinnovationen aus dem Labormaßstab in Richtung Massenproduktion. Die im Aufbau befindliche Forschungsfertigung Batteriezelle (FFB) in Münster wird diese Lücke am Ende der Innovationspipeline im Batteriezellproduktionsbereich schließen und nimmt die Skalierungsforschung in den Fokus. In den Forschungsfertigungsanlagen der FFB werden neuartige Batteriezellkonzepte und -prozesse mit digitalisierten, flexiblen und modularen Fertigungsmethoden kombiniert. Die FFB ist ein neues Instrument in der deutschen Innovationslandschaft und weltweit einzigartig. Sie wird eine zentrale Rolle im Aufbau eines weltweit führenden innovativen Ökosystems zur Batterie in Deutschland einnehmen. Die FFB ist ein zentrales Element im BMBF-Dachkonzept Batterieforschung. Der Aufbau der FFB wird vom BMBF mit bis zu 500 Millionen Euro unterstützt. Aufbau und Betrieb erfolgen durch die Fraunhofer-Gesellschaft als Trägereinrichtung. Daneben sind noch die Standortpartner Westfälische Wilhelms-Universität-Münster (WWU), Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (RWTH) und das Forschungszentrum Jülich (FZJ) beteiligt. Aktuell sind drei Teilprojekte zum Aufbau der FFB bewilligt.

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An Batteriezellen werden hohe Erwartungen gestellt: Leistungsfähiger, sicherer, kostengünstiger und nachhaltiger sollen sie sein. Dabei spielen die verwendeten Materialien eine entscheidende Rolle. Im Kompetenzcluster für Batteriematerialien „ExcellBattMat“ wurden neue Materialkonzepte für flüssigelektrolytbasierte Batteriesysteme der Zukunft entwickelt, charakterisiert und erprobt. „ExcellBattMat“ berücksichtigte bei der Erforschung neuer Batteriematerialien nicht nur spezifische Batteriefaktoren wie Energiedichte, Lebensdauer und Sicherheit, sondern auch wirtschaftliche und geopolitische Aspekte wie Kostenentwicklung und Materialverfügbarkeit. Der umfassende Forschungsansatz beinhaltete die Untersuchung von Aktiv- und Inaktivmaterialien, Elektrolyten sowie innovativen Elektrodenkonzepten. Eine Weiterführung und Neuausrüstung des Clusters wird aktuell geprüft.

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Festkörperbatterien stellen ein vielversprechendes Gebiet der aktuellen Batterieforschung dar und haben das Potenzial, den Fortschritt in Bereichen wie Elektromobilität, erneuerbarer Energien und tragbarer Elektronik erheblich voranzutreiben. Der Kompetenzcluster für Festkörperbatterien „FestBatt“ fokussiert sich auf materialspezifische Fragestellungen zu Festkörperbatterien als zukunftsweisende Batterietechnologie. Interdisziplinär wird hier an der Herstellung, Optimierung, Verarbeitung und Hochskalierung von geeigneten Festelektrolyten gearbeitet. Darüber hinaus forscht der Cluster an dem Aufbau und der Evaluation von Hybrid-Materialien und Zellkonzepten sowie der Entwicklung und Anwendung der nötigen Prozesstechniken, Charakterisierungsmethoden und theoretischen Modelle. Ziel von „FestBatt“ ist es, eine Basis für die rasche und kritische Bewertung von verschiedenen Festelektrolyten, Festkörperbatterie-Konzepten und deren prozesstechnischer Umsetzung sicherzustellen.

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Im Kompetenzcluster zur Batteriezellproduktion „ProZell“ wird die Auslegung, Optimierung und simulationsgestützte Vorhersage der Prozessketten der Batteriezellproduktion untersucht.  Vom Batterierohmaterial bis zur fertigen Zelle soll der Einfluss auf die Zelleigenschaften und die Kosten der Produktentwicklung erarbeitet und verstanden werden. Das Ziel ist es, Prozesse zu verbessern und für zukünftige Batteriegenerationen weiterzuentwickeln. So soll eine wissenschaftliche Grundlage für den Aufbau und die nachhaltige Weiterentwicklung einer führenden und wettbewerbsfähigen Batteriezellproduktion in Deutschland geschaffen werden.

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Nach Ende der ersten Förderphase stellt ein Ergebnisbericht die Prozesskette der Batteriezellproduktion kurz vor und fasst die wichtigsten Highlight-Ergebnisse der ProZell-Projekte zusammen.

Ergebnisbericht Kompetenzcluster „ProZell“

Der Kompetenzcluster Intelligente Batteriezellproduktion „InZePro“ legt seinen Schwerpunkt auf Themen der intelligenten Batteriezellproduktion – von Automatisierung und Skalierung des Batterie- und Komponentenproduktionsprozesses bis zur Optimierung des Produktionssystems mit Lösungen der Industrie 4.0. Das Produktionssystem soll hinsichtlich Menge, Format, Material und Technologien flexibler gestaltet werden sowie die Qualität der Batteriezellproduktion gesteigert und Produktionskosten reduziert werden. Um diese ambitionierten Ziele zu erreichen, hat der Kompetenzcluster die folgenden vier Themenschwerpunkte identifiziert und definiert: Innovative agile Anlagentechnik, Digitalisierung, Künstliche Intelligenz in der Produktion sowie Virtuelles Produktionssystem. „InZePro“ wendet sich insbesondere an Hersteller von Maschinen- und Anlagentechnik für Batteriezellproduktionen.

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Ziel des Kompetenzclusters Analytik & Qualitätssicherung „AQua“ ist es, die Effizienz und Langlebigkeit von Batterien zu erhöhen. Dabei sollen bestehende und neuentwickelte Analyseverfahren genutzt werden. Ausgangspunkt ist die Charakterisierung der Batterien. Methoden auf Zellebene und Methoden auf Materialebene sollen sich hier ergänzen. So sollen prozessübergreifend Eigenschafts-Struktur-Beziehungen zwischen Fertigungsfehlern und den späteren Zelleigenschaften ermittelt werden. Damit lassen sich anschließend die Kriterien für die Qualitätssicherung definieren. Ziel ist die gemeinschaftliche Erarbeitung von Methoden, Strategien und Standards.

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Der Kompetenzcluster Recycling und Grüne Batterie „greenBatt“ untersucht die Entwicklung und Anwendung neuer Recycling- und Resyntheseprozesse.  Energie- und materialeffiziente Batterielebenszyklen, die Berücksichtigung und Weiterentwicklung effizienter Recyclingtechnologien und die Schließung von Stoff- und Materialkreisläufen stehen dabei im Fokus von „greenBatt“. Darüber hinaus werden eine höhere Qualität und Verfügbarkeit von Daten zur Entwicklung multidisziplinärer Lebenszyklusmodelle und -werkzeuge sowie Empfehlungen hinsichtlich des Designs für Recycling und End-of-Use angestrebt.

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Der Kompetenzcluster Batterienutzungskonzepte „BattNutzung“ beschäftigt sich mit der Entwicklung, Gestaltung und Anwendung neuer Konzepte zur Batteriesystembewertung. Ein umfangreiches Verständnis von Batteriezuständen und -verhalten und deren Einfluss auf mögliche Batterieanwendungen inklusive der Zweitnutzung („2nd Life“) stehen dabei im Fokus. Ebenfalls Bestandteil der Forschungen sind beschleunigte Alterungsverfahren und Sicherheitskonzepte. Die gesammelten Daten fließen auch zurück in die Zellentwicklung und den Fertigungsprozess – ein iterativer Prozess, der zum Ressourcenschutz beiträgt. Neben der Beobachtung von Trends der Energiespeicherung werden wirtschaftliche, energetische und umweltrelevante Daten analysiert. Kostenstrukturen, Anwendungsanalysen, Stoff- und Energiebilanzen – all diese Daten fließen in die Bewertung des Batteriesystems mit ein. Künftige Batteriesysteme werden so auf ihre Wirtschaftlichkeit, Anwendungsrelevanz und Ökobilanz geprüft.

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Mit der Fördermaßnahme „ForBatt“ wird begleitend zu den Kompetenzclustern die nationale Forschungsinfrastruktur an den Hochschulen und außeruniversitären Forschungseinrichtungen angepasst und ausgebaut. Ziel ist es, die Forschungseinrichtungen durch strategische Investitionsprojekte für die aktuellen Herausforderungen im Bereich der Batterieforschung handlungsfähig zu machen und einen entscheidenden Mehrwert und Qualitätsschub für den Wissens-, Technologie- und Innovationstransfer in die Industrie zu schaffen. Mittels entsprechender industrierelevanter technischer Infrastruktur entlang der Wertschöpfungskette Batterie soll der Zugang zu industrierelevanten Ergebnissen und damit die industrielle Anschlussfähigkeit gesichert werden.

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Die Fördermaßnahme „SynBatt“ zielt auf eine Effizienzsteigerung und Nutzung von Synergieeffekten in der Batteriezellfertigung für die Elektromobilität und unterstützt hauptsächlich Automobil-hersteller und -zulieferer sowie den zugehörigen Maschinen- und Anlagenbau bei der Durchführung risikobehafteter Forschungsvorhaben im Bereich der Batteriezellproduktion, des Batterieingenieur-wesens und der Kreislaufwirtschaft.  Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Vernetzung von Akteuren, der Schaffung von Allianzen und der Nutzung von Synergien einzelner Wert-schöpfungsstufen sowie Fachrichtungen. Durch diese sollen Entwicklungskompetenzen gebündelt und der deutsche Maschinen- und Anlagenbau internationaler Vorreiter in der Produktion nachhaltiger Batteriezellen werden. Zusätzlich wird ein wichtiger Beitrag für die erfolgreiche und nachhaltige Transformation der deutschen Automobilindustrie hin zur Elektromobilität im Rahmen des „Zukunftsfonds Automobilindustrie“ geleistet.

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Um im globalen Wettbewerb bestehen zu können, ist die Aus- und Weiterbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses im Bereich der Batterieforschung von zentraler Bedeutung. Die Schaffung guter Startbedingungen für junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ist dabei essenziell, damit der deutschen Wissenschaft und Wirtschaft exzellente Nachwuchskräfte im Bereich der Batterie-technologie zur Verfügung stehen.

BattFutur zielt auf den Aufbau von Nachwuchsgruppen im Bereich der Batterieforschung und verbessert damit die Karriereperspektiven für den exzellenten wissenschaftlichen Nachwuchs, eröffnet aussichtsreiche Karrierewege auch außerhalb der akademischen Laufbahn und unterstützt junge Nachwuchsforscherinnen und -forscher bei frühzeitigen Entscheidungen zu Karrierewegen in Deutschland. Den Forschenden wird die Möglichkeit gegeben, sich mit ihren Forschungsarbeiten, der Führung wissenschaftlichen Personals und einer möglichen Unternehmens-gründung für Leitungsaufgaben in der Wirtschaft oder Forschung zu qualifizieren. Die Gründung von Start-Ups soll dabei auch stimuliert, forciert und erleichtert werden. Weiterhin dient die Nachwuchsförderung der Internationalisierung von Wissenschaft und Forschung. Jungen Forschenden werden durch die Nachwuchsförderung Kooperationsmöglichkeiten mit ausländischen Forschungseinrichtungen und Wissenschaftler:innen ermöglicht. Gleichzeitig werden jungen Forschenden, die bislang im Ausland gearbeitet haben, bei der Rückkehr gute Karrierechancen geboten und ausländische Forschende für den Forschungs- und Industriestandort Deutschland gewonnen.

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Weitere Informationen zur Nachwuchsförderung

Zu den Nachwuchsgruppen in der Batterieforschung

„Batterie 2020 Transfer“ ist der Nachfolger der Bekanntmachung „Batterie 2020“. Ziel der Förderrichtlinie ist es, Entwicklungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette für wieder aufladbare, elektrochemische Energiespeicher (Sekundärbatterien) im Sinne der zirkulären Wirtschaft voranzutreiben. Übergeordnet werden Ressourceneffizienz und -schonung sowie Werterhaltung und eine verlängerte Nutzungsphase der Sekundärbatterien angestrebt.

Zweck der Förderung ist die Durchführung von Forschungs- und Entwicklungsprojekten, in denen Aspekte mit Blick auf die Kreislaufwirtschaft (Circular Economy) umgesetzt und ein entscheidender Beitrag für eine nachhaltige Elektromobilität sowie weitere industrielle Batterieanwendungen geleistet wird. Ein Schwerpunkt der Förderrichtlinie liegt auf den Wertschöpfungsstufen des Produkt- und Prozessdesigns, der Synthese der Materialien sowie den Fertigungsprozessen für Batteriezellen. Weitere Schwerpunkte sind die Wiederverwendung der Sekundärrohstoffe und das Batteriematerialrecycling.

Die Bekanntmachung umfasst vier Bewertungsstichtage, der letzte Stichtag war am 01.11.2022. Gefördert werden Forschungs- und Entwicklungsaufwendungen bei industriegeführten, vorwettbewerblichen Verbundprojekten und Forschungsverbünde zwischen Hochschulen und außeruniversitären Forschungseinrichtungen mit enger Industrieeinbindung.

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Parallel zu den nationalen Aktivitäten kooperiert das BMBF seit 2014 international mit führenden Nationen im Bereich der elektrochemischen Energiespeicherung. Dazu zählen Japan, Taiwan, Israel und die USA. Eine weitere Kooperation wird aktuell mit Frankreich evaluiert.

Hier sind u. a. Forschungs- und Entwicklungsprojekte adressiert, die nur durch eine internationale Zusammenarbeit zum Erfolg führen und einen schnellen Transfer wissenschaftlicher Erkenntnisse in die industrielle Anwendung unterstützen. Durch diese Maßnahmen soll es gelingen, vorhandene Wissenslücken in Bezug auf grundlegende Fragestellungen zu Entwicklung, Herstellung, Handha-bung und Analytik, die im Zusammenhang mit Batteriematerialien stehen, zu schließen.

Das europäische ERA-NET on research on materials science and engineering including international cooperation (M-era.Net) startete Anfang 2012 als Netzwerk-Projekt im siebten EU-Forschungsrahmenprogramm (FP7). Im darauffolgenden europäischen Forschungs- und Innovationsrahmenprogramm Horizont 2020 lief es von 2016 bis 2021 – eine Fortführung bis 2026 ist in Vorbereitung.  Inhaltlich wird eine breite Themenvielfalt von grundlagenorientierten Material-wissenschaften über Forschung und Entwicklung innovativer Werkstoffkonzepte bis zu den Herstellungsprozessen abgedeckt. Deutscher Projektpartner im M-era.Net ist das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF). Im Rahmen des M-era.Net werden transnationale Verbundprojekte gefördert, an denen mindestens drei Verbundpartner aus mindestens zwei verschiedenen Partnerländern bzw. -regionen aktiv beteiligt sind. Im Call 2019 mit dem Themenschwerpunkt Batteriematerialien konnten sich Unternehmen und Forschungseinrichtungen aus 35 Ländern und Regionen beteiligen. Deutsche Antragssteller konnten Projektskizzen zu innovativen Oberflächen, Beschichtungen und Grenzflächen sowie funktionellen Materiealien einreichen. Sechs deutsche Partner forschen in zwei der 37 geförderten transnationalen Projekte. Ausblick: Batteriematerialien und -technologien werden ab 2021 einen deutlichen Schwerpunkt in den gemeinsamen transnationalen Bekanntmachungen, den sogenannten Joint Transnational Calls, darstellen. Das BMBF beabsichtigt hierzu eine Beteiligung.

In der europäischen Batterieallianz (EBA) möchte die Bundesregierung auf europäischer Ebene eine wettbewerbsfähige Wertschöpfungskette für nachhaltige Batteriezellen aufbauen. Die technologische Abhängigkeit von ausländischen Mitbewerbern soll hierdurch vermieden werden. Die Plattform EBA ruft die europäische Kommission, interessierte EU-Mitgliedsländer, die europäische Investitionsbank (EIB) sowie entscheidende industrielle Stakeholder und Innovationstreiber zusammen. Mit dem strategischen Aktionsplan für Batterien wurden konkrete Maßnahmen formuliert, um ein innovatives, nachhaltiges und wettbewerbsfähiges „Batterie-Ökosystem“ in Europa zu etablieren. Beispielsweise ist die Unterstützung des Aufbaus einer europäischen Batteriezellfertigung Teil dieses Aktionsplans.

Batteries Europe war die Technologie- und Innovationsplattform der EBA. Im Jahr 2022 wurde die Vereinigung in das Projekt BEST unter Horizont Europa (HEU-C5-2021-D2-01-07) umgewandelt. Das Projekt zielt weiterhin darauf ab, den Aufbau einer weltweit wettbewerbsfähigen europäischen Batterieindustrie zu beschleunigen und die Umsetzung der batteriebezogenen Forschungs- und Innovationsmaßnahmen des Strategieplans für Energietechnologie (SET-Plan) und der strategischen Forschungs- und Innovationsagenda für den Verkehrssektor voranzutreiben. Derzeit wird Batteries Europe stark in die Arbeitsabläufe der Batteries European Partnership Association (BEPA) eingebunden, die Mitgliedsstaaten sind aber weiterhin über die Nationale und Regionale Koordinatorengruppe (NRCG) eingebunden.

Die ko-programmierte Partnerschaft BATT4EU wurde unter Horizont Europa neu eingerichtet und zielt darauf ab, eine wettbewerbsfähige und nachhaltige europäische industrielle Wertschöpfungskette für Elektromobilität und stationäre Anwendungen zu schaffen. Bei dieser handelt sich um eine vertragliche öffentlich-private Partnerschaft, die auf der öffentlichen Seite die Europäische Kommission und auf der privaten Seite die BEPA umfasst.  Die Vision von BATT4EU ist es, bis 2030 in Europa das weltweit beste Innovationsökosystem zu schaffen, um eine wettbewerbsfähige, nachhaltige und kreislauffähige europäische Batteriewert-schöpfungskette zu fördern und den Wandel zu einer kohlenstoffneutralen Gesellschaft voranzutreiben.