Zuschüsse für Bat­te­rie­ma­te­ria­lien für zukünf­tige elek­tro­mo­bile und sta­tio­näre Anwen­dun­gen

Axel Deil­mann
Unter­neh­mens­be­ra­ter

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.

Unternehmensberatung aus Essen: Axel Deilmann

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