Zuschüsse für Batteriematerialien für zukünftige elektromobile und stationäre Anwendungen

Das Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) fördert die Elektromobilität und die Energiewende in Deutschland. Der Klimaschutz und die Energieversorgung sind wesentliche Faktoren für eine nachhaltige Entwicklung des Wirtschafts- und Technologiestandorts Deutschland. Langfristig wird bei der Energieversorgung überwiegend auf fossile Brennstoffe verzichtet werden müssen, damit die angestrebten Klimaschutzziele erreicht werden. Sowohl der Ausstieg aus der Atomenergie als auch die notwendige Reduzierung klimaschädlicher Gase erfordern einen verstärkten Einsatz regenerativer Energien im Verkehr und in der Energieversorgung. Die Elektromobilität spielt dabei als Schlüsseltechnologie eine wichtige Rolle. Deutschland soll zum Leitanbieter von Elektrofahrzeugen werden. Erste Elektrofahrzeuge sind inzwischen am Markt verfügbar. Der Schlüssel für die Elektromobilität liegt in leistungsfähigen und sicheren Batterien, da nur mit ihnen die notwendige Reichweite elektrischer Fahrzeuge und somit eine große Nutzerakzeptanz erreicht werden. Auch in stationären Anwendungen zur Speicherung elektrischer Energie bei dezentraler regenerativer Stromerzeugung oder zur Bereitstellung von Netzregelenergie leisten Batterien einen wichtigen Beitrag. Neben der Anwendung in Elektrofahrzeugen und stationären Stromspeichern kommen Batterien auch in vielen anderen industrierelevanten Anwendungen wie beispielsweise Gabelstaplern, Werkzeugen oder der Medizintechnik eine besondere Bedeutung zu.

Die Bundesregierung unterstützt daher seit mehreren Jahren die Batterieforschung als einen wichtigen Baustein für eine nachhaltige Innovationspolitik für den Standort Deutschland. Dabei stehen neben dem Aufbau elektrochemischer Kompetenzen in Forschungseinrichtungen und Industrie die Steigerung der Energiedichte von Batteriesystemen, deren Sicherheit sowie die notwendigen Prozess- und Produktionsparameter zur Herstellung im Vordergrund. Weiterhin ist es erforderlich, die aktuell eingesetzten Systeme hinsichtlich Energie- und Leistungsdichte zu verbessern und diese sicher und wirtschaftlich zu gestalten.

  1. Gegenstand der Förderung

Gegenstand der Förderung sind Forschungs- und Entwicklungsaufwendungen im Rahmen risikoreicher, industriegeführter, vorwettbewerblicher Verbundprojekte sowie Forschungsverbünde zwischen Hochschulen und außeruniversitären Forschungseinrichtungen mit enger Industrieeinbindung, die Material- und Prozessentwicklungen für wieder aufladbare, elektrochemische Energiespeicher adressieren. Im Mittelpunkt der angestrebten Forschungs- und Entwicklungsprojekte stehen Materialien und Prozesse für Sekundärbatterien mit den Anwendungsschwerpunkten Elektromobilität, stationären Systemen und weitere industrierelevanten Anwendungen. Dabei können auch Aspekte des Recyclings, auch im Sinne eines „second use“ adressiert werden. Die Projekte können an verschiedenen Stellen der Wertschöpfungskette von der Materialentwicklung bis zur Batteriezelle ansetzen. Sie können punktuell auch Betrachtungen bis zum Modul- und Batteriesystem beinhalten, sofern diese einen wesentlichen Erkenntniszuwachs im Kernbereich des Vorhabens liefern.

Die mit dieser Bekanntmachung angesprochenen Batteriesysteme fokussieren auf LithiumIonen-, MetallIonen-, Metall-Schwefel- und Metall-Luft/Sauerstoff-Systeme. In Abgrenzung zu anderen Fördermaßnahmen des BMBF werden keine Vorhaben zu Redox-Flow-Batterien oder Doppelschichtkondensatoren gefördert. Die adressierten Material- oder Prozessentwicklungen sollen im Systemzusammenhang erfolgen und zu deutlichen, quantifizierbaren Verbesserungen von Eigenschaften wie beispielsweise Energiedichte, Leistungsdichte, Schnellladefähigkeit, Lebensdauer, Sicherheit, Alterung und Kosten führen. Untersuchungen zu Mechanismen sollen im Hinblick auf eine zielgerichtete Verbesserung der Prozesstechnik und des Materials durchgeführt werden.

Auf dieser Basis adressiert die Fördermaßnahme Batterie 2020 folgende Schwerpunkte:

  • Material- und Prozesstechnik für Batteriesysteme,
  • Material- und Prozesstechnik für sekundäre Hochenergie- und Hochleistungs-Batteriesysteme,
  • zukünftige Batteriesysteme,
  • Recycling der Batteriesysteme (auch im Sinne eines „second use“ in stationären Speichern).
  1. Material- und Prozesstechnik für Batteriesysteme

Dieser Schwerpunkt behandelt zukünftige Lithium-Ionen-Systeme (z. B. Solid-State). Im Rahmen der Forschungs- und Entwicklungsvorhaben soll eine starke Rückkopplung zwischen Material-, Prozess- und Fertigungstechnologie bestehen. Die Vorhaben können sich auf folgende Handlungsfelder oder deren Kombinationen beziehen:

  • Materialtechnologie (beispielsweise neue, kostengünstige und einfache Syntheserouten, Design von Aktivmaterialien und Separatoren; neue (z. B. feste) Elektrolyte, neue Bindersysteme; Elektrodenmikro- und -nanostruktur, Skalierung in einen größeren Maßstab),
  • Zelltechnologie (beispielsweise materialabhängiges Zelldesign; Lebensdauer-Extrapolation bei der Zellskalierung; Sicherheitszustand),
  • grundlegende Fragestellungen zur Prozeßtechnologie (beispielsweise quantitative Alterungsanalyse, Alterungsmechanismen und Einfluss von Prozessparametern auf die Lebensdauer und Performance der Zellen; Vorbehandlung und Verarbeitung von Aktivmaterialien; Dünnschichtprozesse, Prozesssicherheit und -qualität, Sensorik, standardisierte ganzheitliche Testprozeduren und Zustandsbestimmungen [beispielsweise SOH: State of Health]).
  1. Material- und Prozesstechnik für sekundäre Hochenergie- und Hochleistungs-Batteriesysteme

In diesem Schwerpunkt sollen Forschungs- und Entwicklungsvorhaben zu Materialthemen gefördert werden, die der evolutionären Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Technologie dienen. Neben den Materialaspekten sollen auch ¬Zellsystem- und Prozessentwicklungsaspekte sowie deren gegenseitige Beeinflussung betrachtet werden. Die Forschungs- und Entwicklungsthemen beziehen sich vorzugsweise auf:

  • Entwicklung neuer Aktiv- und Passivmaterialien (beispielsweise für wasserbasierte Materialsysteme, Kobalt-(Co-)freie Kathodenmaterialien, 3-D-strukturierte Elektroden, Mehrschichtsysteme, Elektrolyte für höhere Spannungen, Festelektrolyte, Solid-State-Ansätze für Lithium-Ionen-Technologie, Lithiummetall-Anoden, Skalierung in einen größeren Maßstab),
  • systemische Weiterentwicklung der Inaktivmaterialien (beispielsweise Strukturierung von Inaktivmaterialien, Leistungsverbesserung, Erhöhung der Lebensdauer, Vorhersage sicherheitsrelevanter Fragestellungen).
  1. Zukünftige Batteriesysteme

Im Rahmen des Themenschwerpunkts „Zukünftige Batteriesysteme“ sollen die Potenziale von MetallIonen- (ohne Lithium), Metall-Schwefel- und Metall-Luft/Sauerstoff-Batterien weiterentwickelt und industriell zugänglich gemacht werden. Beispielsweise wird für die Lithium-Schwefel-Technologie und Metall-Luft/Sauerstoff-Systeme ein hohes Potenzial für einen zukünftigen Einsatz bei der mobilen und stationären Energiespeicherung prognostiziert. Allerdings zeigen punktuelle Ansätze, insbesondere im Bereich der Metall-Luft/Sauerstoff-Systeme, dass noch ein erheblicher Forschungs- und Entwicklungsbedarf besteht. Zusätzlich zu Lithium-Ionen-Systemen geraten andere Metall-Ionen-Systeme zunehmend in das Blickfeld von Forschung und Industrie. In diesem Schwerpunkt können Projekte zu Zellsystemen adressiert werden, die beispielsweise folgende Themenschwerpunkte beinhalten:

  • reversible und sichere Metallanoden auf der Basis von Lithium und Magnesium,
  • alternative Zelldesign- und Elektrodenkonzepte, inklusive Elektrodeninaktivmaterialien,
  • maßgeschneiderte Elektroden inklusive notwendiger Prozesstechnik,
  • Solid-State-Ansätze und hybride Systeme sowie deren Zellkonzepte (nicht für Lithium-Ionen-Technologie),
  • Entwicklung von Elektrolyten und Separatoren.
  1. Recycling der Batteriesysteme (auch im Sinne eines „second use“ in stationären Speichern)

Der Schwerpunkt Recycling zielt sowohl auf die Optimierung der CO2-Bilanz von Lithium-Ionen-Akkumulatoren und anderen Batteriesystemen als auch auf die Wiedergewinnung strategischer Rohstoffe ab. Der Themenschwerpunkt kann beispielsweise folgende Aspekte enthalten:

  • Recycling: Prozesse zur Zerlegung und Aufarbeitung von unterschiedlichen Batterie- und Zellkonzepten und -komponenten; Prozesse (Vermeidung von Hochtemperaturverfahren) und Verfahren zur wirtschaftlichen Rückgewinnung strategischer Rohstoffe, Lebenszyklusbetrachtung, etc.,
  • „Second-use“: Alterungsverhalten, Betriebskonzepte, Konzepte zur Nutzung unterschiedlicher Zellen und Zellchemien, Lebenszyklusbetrachtung, etc.

Im Fokus der Bekanntmachung stehen industriegeführte Verbundprojekte. Aufgrund des hohen Forschungsanteils sind für das Themenfeld Nummer 4. „Zukünftige Batteriesysteme“ auch Verbünde zwischen Hochschulen und außer¬universitären Forschungseinrichtungen möglich. Allerdings muss eine zukünftige Anwendung im Fokus stehen und das konkrete Interesse der Industrie an dem Vorhaben dargestellt werden (beispielsweise in Form eines Industriebeirats).

Im Rahmen aller Themenschwerpunkte können zur Unterstützung oder Validierung des Erkenntnisgewinns materialspezifische Modellierungen und Simulationen integraler Bestandteil von Forschungsvorhaben sein.

  1. Zuwendungsempfänger

Antragsberechtigt sind Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft, die zum Zeitpunkt der Auszahlung einer gewährten Zuwendung eine Betriebsstätte oder Niederlassung in Deutschland haben, Hochschulen und außeruniversitäre Forschungseinrichtungen.

Forschungseinrichtungen, die gemeinsam von Bund und / oder Ländern grundfinanziert werden, kann neben ihrer institutionellen Förderung nur unter bestimmten Voraussetzungen eine Projektförderung für ihre zusätzlichen projekt¬bedingten Ausgaben beziehungsweise Kosten bewilligt werden. Die Beteiligung von KMU ist ausdrücklich erwünscht.

  1. Art und Umfang, Höhe der Zuwendung

Die Zuwendungen können im Wege der Projektförderung als nicht rückzahlbare Zuschüsse gewährt werden. Bemessungsgrundlage für Zuwendungen an Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft sind die zuwendungsfähigen projektbezogenen Kosten, die in der Regel – je nach Anwendungsnähe des Vorhabens – bis zu 50 % anteilfinanziert werden können. Nach BMBF-Grundsätzen wird eine angemessene Eigenbeteiligung – grundsätzlich mindestens 50 % der entstehenden zuwendungsfähigen Kosten – vorausgesetzt.

Bemessungsgrundlage für Hochschulen, Forschungs- und Wissenschaftseinrichtungen und vergleichbare Institutionen sind die zuwendungsfähigen projektbezogenen Ausgaben (bei Helmholtz-Zentren und der Fraunhofer-Gesellschaft die zuwendungsfähigen projektbezogenen Kosten), die individuell bis zu 100 % gefördert werden können. Bei Forschungsvorhaben an Hochschulen wird zusätzlich zu den zuwendungsfähigen Ausgaben eine Projektpauschale in Höhe von 20 % gewährt.

Es wird erwartet, dass sich Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft entsprechend ihrer Leistungsfähigkeit an den Aufwendungen der Hochschulen und öffentlich finanzierten Forschungseinrichtungen angemessen beteiligen, sofern Letztere als Verbundpartner mitwirken. Als angemessen gilt in der Regel, wenn in Summe über den Verbund eine Eigenbeteiligung der Verbundpartner in Höhe von mindestens 40 % an den Gesamtkosten/-ausgaben des Verbundprojekts erreicht wird. Dazu ist gegebenenfalls eine Kompensation zwischen den Partnern erforderlich, sodass eine Verbundförderquote von maximal 60 % (zuzüglich gegebenenfalls zu gewährender Aufschläge für KMU sowie gegebenenfalls in den Aufwendungen von Hochschulen enthaltener Projektpauschalen) erreicht wird. Falls im Einzelfall (nur zulässig in Schwerpunkt Nummer 2.3 „Zukünftige Batteriesysteme“) die Arbeiten nur mit einer geringeren Industrie¬beteiligung durchgeführt werden können oder es sich um besonders risikoreiche Vorhaben handelt, ist die daraus resultierende höhere Verbundförderquote gesondert zu begründen.