Forschungsschwerpunkte

Fördermaßnamen des BMBF der letzten Jahre

„FestBatt“ – Kompetenzcluster für Festkörperbatterien

Lithium-basierte Festkörperbatterien werden aktuell als mögliche Weiterentwicklung von Lithium-Ionen-Batterien mit flüssigen Elektrolyten, insbesondere für die Elektromobilität, gesehen. Sie versprechen höhere Energiedichten sowie eine bessere Schnellladefähigkeit. Während die Material- und Prozesstechnologien zur Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien weit entwickelt sind, bedarf es zur erfolgreichen Etablierung von Festkörperbatterien am Markt noch erheblicher Forschungsaktivitäten. So gibt es eine große Unsicherheit in der Beurteilung von Festkörperbatterien und es sind Lösungen zu grundlegenden Materialfragen und zu produktionstechnologischen Herausforderungen notwendig. Der Forschungscluster FestBatt ist in drei Materialplattformen (Thiophosphate, Oxide und Polymere) und zwei Methodenplattformen (Charakterisierung und Simulation) gegliedert, die durch eng vernetzte Hochschulen und Forschungseinrichtungen bearbeitet werden. Durch "FestBatt" soll der wissenschaftliche Grundstein für die Etablierung von Festkörperbatterien in Deutschland gelegt werden.

„ProZell“ – Kompetenzcluster zur Batteriezellproduktion

Im August 2016 wurde der Kompetenzcluster zur Batteriezellproduktion, kurz "ProZell" - gestartet. Ziel ist die Schließung der Know-how Lücke bei der Batteriezellproduktion sowie die effektive Vernetzung der nationalen Hochschulen und Forschungseinrichtungen, die in diesem Themenfeld forschen und um die vorhandene Infrastruktur wie beispielsweise die Forschungsproduktionsanlage am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden Württemberg (ZSW)  in Ulm zielgerichtet zu nutzen. Gesteuert wird ProZell durch einen Managementkreis, der sich aus Vertretern der Hochschulen und Forschungseinrichtungen sowie Industrieunternehmen, die sich mit Batteriezellen beschäftigen, zusammensetzt. Der Forschungscluster "ProZell" soll die wissenschaftliche Basis für eine erfolgreiche großskalige industrielle Batteriezellproduktion in Deutschland legen.

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„Batterie 2020“ – eine neue Generation

Im Mittelpunkt der Forschungs- und Entwicklungsprojekte im Rahmen der im August 2014 veröffentlichten Maßnahme „Batterie 2020“ stehen Materialien und Prozesse für Sekundärbatterien mit dem Anwendungsschwerpunkt Elektromobilität. Zudem adressiert „Batterie 2020“ ebenfalls Anwendungsmöglichkeiten im stationären Bereich, auch im Sinne eines „second use“. Die mit dieser Bekanntmachung angesprochenen Batteriesysteme fokussieren auf Lithium-Ionen-, Metall-Schwefel und Metall-Luft/Sauerstoff-Systeme. Die vorgesehenen Material- oder Prozessentwicklungen sollen im Systemzusammenhang erfolgen und zu deutlichen, quantifizierbaren Verbesserungen der Eigenschaften wie beispielsweise Energiedichte, Leistungsdichte, Lebensdauer, Sicherheit, Alterung und Kosten führen. Untersuchungen zu Mechanismen sollen im Hinblick auf eine zielgerichtete Verbesserung der Prozesstechnik und des Materials erfolgen. Technologisch geht es um die drei Schwerpunkte Material- und Prozesstechnik für Lithium-Ionen-Systeme, Materialien für sekundäre Hochenergie- und Hochleistungs-Batteriesysteme und Zukünftige Batteriesysteme.

Bisher gab es drei Förderphasen zur Bekanntmachung „Batterie 2020“. Die Vorhaben der zweiten Phase befinden sich in der Endphase, die der dritten Phase starten Anfang 2019. Gefördert werden Forschungs- und Entwicklungsaufwendungen bei  industriegeführten, vorwettbewerblichen Verbundprojekten und Forschungsverbünde zwischen Hochschulen und außeruniversitären Forschungseinrichtungen mit enger Industrieeinbindung.

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Internationale Kooperationen

Parallel zu den nationalen Aktivitäten kooperiert das BMBF seit 2014 international mit führenden Nationen im Bereich der elektrochemischen Energiespeicherung. Dazu zählen Japan, Taiwan und Israel. Weitere Kooperationen werden aktuell mit den USA und 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, Handhabung 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 Projekt im siebten EU-Forschungsrahmenprogramm (FP7). Es wird nun von 2016 bis 2021 als Horizont 2020 Projekt fortgeführt. Inhaltlich wird eine breite Themenvielfalt von grundlagenorientierten Materialwissenschaften über Forschung und Entwicklung innovativer Werkstoffkonzepte bis zu den Herstellungsprozessen abgedeckt. Deutscher Projektpartner ist das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF). Im Rahmen des M-era.Net 2019  mit dem Themenschwerpunkt Batteriematerialien können sich Unternehmen und Forschungseinrichtungen aus 35 Ländern und Regionen beteiligen. Es werden transnationale Verbundprojekte gefördert, an denen mindestens drei Verbundpartner aus mindestens zwei verschiedenen Partnerländern bzw. –regionen aktiv beteiligt sind. Deutsche Antragssteller können Projektskizzen zu innovativen Oberflächen, Beschichtungen und Grenzflächen sowie funktionellen Materiealien einreichen.


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-Ökosystems“ in Europa zu etablieren. Beispielsweise ist die Unterstützung des Aufbaus einer europäischen Batteriezellfertigung Teil dieses Aktionsplans.


Im Februar 2019 wurde der Start der European Technology and Innovation Platform (ETIP ) on Batteries „Batteries Europe“ angekündigt. Batteries Europe soll Forschungs- und Innovationsagenden sowie Roadmaps entwickeln und aktualisieren. Das soll die Entwicklung von Batterieprojekten sowohl auf europäischer als auch auf nationaler Ebene fördern. Darüber hinaus wird die Plattform die Fachcommunity beim Informations- und Erfahrungsaustausch und dem Zugang zu Finanzmitteln unterstützen. Sie wird damit für die Stakeholder als Art „single entry point“ fungieren. In den nächsten drei Jahren soll das 1-Mio.-Euro-Projekt die Bemühungen öffentlicher und privater Partner und anderer Batterie-aktiver F&E-Akteure erleichtern. Diese Entlastung soll durch Veranstaltungen, thematische Treffen und Netzwerkmöglichkeiten erreicht werden. Die Plattform soll von InnoEnergy zusammen mit der European Energy Research Alliance (EERA) und der Euorpean Association for Storage of Energy (EASE) koordiniert werden.

„ExcellentBattery“ - Exzellenz und technologische Umsetzung der Batterieforschung

Mit der Fördermaßnahme „Excellent Battery“ wurde die Förderung exzellenter Batterieforschungsaktivtäten in Deutschland, die Steigerung der Anzahl an Batterieforschern sowie die Intensivierung des Transfers von Forschungs- und Entwicklungs-Ergebnissen in die Industrie angestoßen. Insgesamt werden vier Batteriezentren durch das BMBF gefördert. Zwei Zentren sind dabei verstärkt auf Batterietechnik (Elektrochemie, Materialien für Elektroden, Separatoren etc.) ausgerichtet (Münster/Jülich/Aachen, Ulm/Stuttgart), zwei verstärkt auf Prozesstechnik für Materialkomponenten für Zellen bis zur Zellfertigung (München, Dresden). Die Forschergruppen sollen wissenschaftlichen und technischen Erkenntnisgewinn in der Batterietechnik und der zugehörigen Prozesstechnik betreiben und so Deutschland in diesem Technologiebereich den Weg zu einer zukünftigen weltweiten Spitzenposition bereiten. Im Frühjahr 2016 wurden die Batteriezentren bewertet und entschieden, dass alle vier Zentren fokussiert auf entsprechende Schwerpunktthemen in einer zweiten Phase weitergefördert werden. Die zweite Phase läuft bis September 2019. Eine Fortsetzung wird derzeit evaluiert.

„STROM“ - Schlüsseltechnologien für die Elektromobilität

Im Rahmen der Bekanntmachung Schlüsseltechnologien für die Elektromobilität  - kurz "STROM" wurden im Bereich Batterieforschung im Wesentlichen Zukunftsthemen aufgegriffen. Adressiert wurden Systeme, die eine deutlich höhere Energiedichte versprechen und so eine größere Reichweite für Elektrofahrzeuge erwarten lassen. Die Vorhaben waren grundlagenorientiert und bearbeiteten die Systeme Lithium-Schwefel, Lithium-Luft und Metall-Luft. Start der meisten Vorhaben war 2011. Darüber hinaus wurden Vorhaben zu Materialien für Elektromotoren und Leistungselektronik durchgeführt. Wesentliches Ziel dieser Förderbekanntmachung war es, aufbauend auf den bestehenden Innovationsallianzen neue Innovationspartnerschaften zwischen Wirtschaft und Wissenschaft themenübergreifend zu fördern.

„LIB 2015“ – leistungsfähige und langlebige Batterien

Die Innovationsallianz "LIB 2015" wurde Ende 2007 initiiert mit dem Ziel, die damals existierende Lithium-Ionen-Batterietechnologie, die ihren Einsatz hauptsächlich im Consumerbereich fand, für Anwendungen in der Elektromobilität und der stationären Energiespeicherung weiterzuentwickeln. Die Forschungsvorhaben der Innovationsallianz "LIB 2015" adressierten im Wesentlichen die Werkstoffforschung für Anoden, Kathoden und Separatoren für Lithium-Ionen-Batterien. Weitere Themen behandelten Additive für Elektrolyte, grundlegende Untersuchungen zur SEI-Schicht (Solid-Electrolyte-Interface) sowie die Entwicklung eines Batterie-Management-Systems. Im Rahmen eines großen Verbundes wurden auch erste industrielle Vorhaben zu Lithium-Schwefel- und Lithium-Luft-Systemen durchgeführt und Aspekte der Netzanbindung betrachtet.
Die geförderten Vorhaben sind beendet. Fortschritte wurden insbesondere bei Kathodenmaterialien auf Basis von Nickel-Cobalt-Mangan erreicht. Für stationäre Systeme wurde ein Lithium-Ionen-Speicher zur Bereitstellung von Netzregelenergie aufgebaut.

Maßnahmen „Konjunkturpaket II“

Von Mai 2009 bis Juni 2011 wurden mit Mitteln des Konjunkturpakets II zwei Verbund- und zwei Einzelvorhaben zur Produktion von Batteriezellen (KoPa Produktion) sowie die beiden Kompetenzverbünde Elektrochemie Nord und Süd (KoPa Elektrochemie) gefördert.

Im Rahmen von KoPa Produktion wurde inhaltlich die Produktion von Lithium-Ionen-Zellen für Elektrofahrzeuge, die Produktion von Baugruppen von Lithium-Ionen-Zellen für Hybrid-Nutzfahrzeuge, eine Versuchsanlage für kleine Lithium-Ionen-Zellen sowie der Aufbau einer Beschichtungslinie für Batterieelektroden im Technikumsmaßstab adressiert.

Am Kompetenzverbund Elektrochemie Süd waren das KIT, DLR Stuttgart, das MPI Stuttgart, die Universität Ulm, das ZSW Ulm, die TU Darmstadt, die Universität Gießen und das Leibniz-Institut für Werkstoffforschung beteiligt. Am Kompetenzverbund Elektrochemie Nord waren das FZ Jülich, die WWU Münster, die RWTH Aachen, die Ruhr-Universität Bochum und das Max-Planck-Institut für Eisenforschung beteiligt. Wesentliche Bestandteile waren die Etablierung von Geräten und Untersuchungsmethoden sowie die Vernetzung der Forschungseinrichtungen und Standorte. Arbeiten zu Grenzflächenphänomen und zur Prozessierung von Elektroden wurden durchgeführt.  Eine weitere Komponente war die Verstärkung der Ausbildung von wissenschaftlich-technischem Nachwuchs im Bereich der Elektromobilität sowie die Förderung der Vernetzung. Hierzu wurden gemeinsame Curricula, standortübergreifende Vorlesungen sowie eine Summerschool entwickelt.

6. Energieforschungsprogramm

Die ressortübergreifende „Strategische Förderinitiative Energiespeicher “ (BMWi, BMBF, BMUB) wählte bewusst einen breiten Ansatz und schloss im Grundsatz keine Technologieentwicklung aus. Die Förderung umfasste alle Formen der Energiespeicher, die man als aussichtsreich für den Einsatz in dem künftigen Energieversorgungssystem Deutschlands einstufen konnte, vorrangig sollten stationäre Anwendungen thematisiert werden. Mobile Speicher konnten behandelt werden, wo sinnvolle Überschneidungen zu stationären Anwendungen bestanden. Gefördert wurden Projekte aus dem Bereich der Grundlagenforschung, der anwendungsnahen Forschung und Demonstrationsvorhaben. Auch systemanalytische Arbeiten, die für die Entwicklung strategischer Überlegungen sowie den praktischen Einsatz von Energiespeichern im Energiesystem wichtig sind, konnten gefördert werden. Insgesamt förderte die Bundesregierung mit der Forschungsinitiative 282 Projekte im Bereich Energiespeicher.

Mit der Fördermaßnahme „Materialforschung für die Energiewende“ verfolgte das BMBF das im 6. Energieforschungsprogramm ausgewiesene Ziel, Grundlagenforschung im Bereich der Querschnittsaktivität Materialforschung gezielt auf die aktuellen Herausforderungen der Energiewende auszurichten. Ziel der Förderinitiative war es, durch innovative Projekte aus dem Bereich der Grundlagenforschung Materialien für die Herausforderungen der Energiewende zu entwickeln. Die Förderung umfasste insbesondere Vorhaben, die die Entwicklung und den Einsatz neuer oder verbesserter Materialien zur Verbesserung von Anlagen zur Energieproduktion aus erneuerbaren Energiequellen, von Energiespeichern und Energieübertragungsmedien zum Ziel hatten.

Vorhaben der Nationalen Plattform Elektromobilität (NPE)

Um Deutschland zu einem führenden Anbieter für Elektromobilität zu entwickeln, sind sichere Batterie- und Produktionskenntnisse notwendig. Dies wurde durch die Berichte der Nationalen Plattform Elektromobilität (NPE) bestätigt. Anregungen der NPE spiegeln sich in konkreten Maßnahmen des BMBF wider, die seit 2012 umgesetzt wurden.

Im Verbundvorhaben SafeBatt forschten 14 Partner an der Verbesserung der Sicherheit von Batteriezellen. Am MEET, dem Batterieforschungszentrum der Universität Münster, förderte das BMBF den Aufbau eines Elektrolytlabors. Elektrolyte stellen in den Batterien den Kontakt zu den Elektroden her und spielen eine Schlüsselrolle im Hinblick auf die Leistungsfähigkeit, Sicherheit und Lebensdauer der Batterien. Kernstück des Labors ist eine Anlage zur schnellen, automatischen Bewertung neuer Elektrolyte, dem sogenannte High Throughput Screening.

Nachdem in kleinerem Maßstab in den Verbundprojekten ProLIZ und DryLIZ an Instituten in Dresden und München unter Beteiligung der Automobilindustrie anwendbare Technologien und automatisierte Produktionsverfahren zur wirtschaftlichen Massenfertigung von Lithium-Ionen-Zellen entwickelt, erprobt und optimiert wurden, vereinbarte das BMBF mit dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg in Ulm (ZSW) und dem Kompetenznetzwerk Lithium-Ionen-Batterie (KLiB) den Aufbau einer großen Forschungsproduktionslinie für Batteriezellen. Mit dieser modularen Forschungsproduktionslinie zur seriennahen Fertigung großer prismatischer Lithium-Ionen-Zellen wurde für Unternehmen entlang der Wertschöpfungskette von Material- und Zellherstellern über die Automobilindustrie bis hin zu Maschinen- und Anlagenbauern die Möglichkeit geschaffen, gemeinsam mit Forschungseinrichtungen Material-, Prozess- und Fertigungstechnologien zu erforschen.