Batterieforschung für Elektroautos

Die Batterieforschung für Elektroautos ist ein Aushängeschild des Bundesforschungsministeriums. Bald sollen die besten Batterien aus Deutschland kommen. "Wir wollen Innovationsweltmeister werden", sagt Bundesministerin Johanna Wanka.

Das Bundesforschungsministerium unterstützt die Entwicklung neuer Batterien. © Thinkstock

Im August 2009 verabschiedete die Bundesregierung den Nationalen Entwicklungsplan Elektromobilität, in dem die Grundlagen für eine strategisch ausgerichtete Entwicklung gelegt wurden. Deutschland soll Leitmarkt und Leitanbieter für die Elektromobilität werden. Dies kann nur dann umgesetzt werden, wenn leistungsfähige Batteriesysteme in Deutschland produziert werden können.

Schon seit 2007 unterstützt das Bundesforschungsministeriums (BMBF) die Batterieforschung. Seither werden in strategisch aufeinander abgestimmten Maßnahmen unterschiedliche Aspekte wieder aufladbarer Batterien erforscht. Dabei verfolgt das BMBF einen breiten Ansatz: Es unterstützt den akademischen Wissensaufbau im Bereich der Batteriematerialien und Prozesstechnologien von Batteriezellen. Die Maßnahmen zielen unter anderem auf die Steigerung von Anzahl, Qualität und Ausstattung von elektrochemischen Kompetenzzentren. Weiterhin werden auch Batteriesysteme der Zukunft durch die Förderung von Technologien der sogenannten "Post-Lithium-Ionen-Ära" unterstützt. Ein weiterer Schwerpunkt ist der Transfer der Ergebnisse aus der Forschung in einen industrietauglichen Maßstab und schlussendlich in die industrielle Anwendung.

Die Fördermaßnahmen adressieren zum einen Werkstoff- und Prozessentwicklungen im Bereich der Lithium-Ionen-Technologie. Auf Basis bestehender Technologien werden in evolutionären Ansätzen neue Materialien und Produktionsmethoden erforscht, die mittelfristig in Hybrid- und Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommen werden. Zum anderen werden auch grundlegend neue Ansätze wie beispielsweise die Metall-Luft-Batterie verfolgt, die erst langfristig eine Chance auf industrielle Umsetzung haben werden. Neben der Steigerung der Energiedichte stehen Sicherheit und Lebensdauer im Mittelpunkt der Arbeiten. Ein wichtiger Aspekt der Batterieaktivitäten des BMBF ist es auch, durch gezielte Ausbildung und Förderung im Bereich der Elektrochemie Nachwuchskräfte für Forschung und Industrie zu entwickeln.

Kompetenzverbünde Elektrochemie

In 2009 wurden mit Mitteln des Konjunkturpakets II die beiden Kompetenzverbünde Elektrochemie Nord und Süd aufgebaut. Die Forschungsverbünde zur Steigerung der Kompetenz in der Elektrochemie für die Elektromobilität setzen neben der standortübergreifenden Forschung auf die Entwicklung gemeinsamer Ausbildungsmodule. Hierdurch wird die Ausbildung von wissenschaftlich-technischem Nachwuchs im Bereich der Elektromobilität gestärkt und die Vernetzung gefördert. Mit den beiden Kompetenzverbünden zur Elektrochemie wurde eine konsequente Aufholjagt begonnen, um in der Forschung wieder zur Weltspitze aufschließen zu können.

Um auch weitere Felder zu erschließen, wurden Anfang 2009 die Vorhaben der  Innovationsallianz "Lithium-Ionen-Batterie LIB 2015", die gemeinsam mit dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie initiiert wurde, gestartet. Als erste große Maßnahme für Lithium-Ionen-Batterien wurden, ausgehend von grundlegenden Forschungsarbeiten, geeignete Materialien und Herstellverfahren entwickelt und daraus Zellen hergestellt. In einem nächsten Schritt sollten die Zellen zu einem Gesamtsystem zusammengefasst werden, verbunden mit einem intelligenten Batteriemanagementsystem.

Im Rahmen der Bekanntmachung Schlüsseltechnologien für die Elektromobilität (STROM) wurden ab 2011 Forschung und Entwicklung zu Energiespeichern der nächsten Generation gefördert. Hier standen im Wesentlichen grundlegende Arbeiten zu zukünftigen Batteriesystemen wie Lithium-Schwefel oder Metall-Luft im Fokus.

Seit 2012 werden im Rahmen der Bekanntmachung Exzellenz und technologische Umsetzung der Batterieforschung (ExcellentBattery) an kompetenten Institutionen Zentren eingerichtet, in welchen mehrere exzellente miteinander vernetzte Forschergruppen und industrielle Begleitvorhaben gefördert werden. 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.

"Batterie 2020" - eine neue Generation

Die im August 2014 veröffentlichte Maßnahme "Batterie 2020" setzt die strategische Linie des BMBF fort. Im Rahmen der Maßnahme werden in drei Linien Batteriematerialien entsprechend ihres Reifegrades zwischen grundlegender Forschung und Industrialisierung adressiert. Im Fokus stehen Material- und Prozesstechnik für Lithium-Ionen-Systeme, die in näherer Zukunft zur Anwendungen gelangen werden. Durch neue und evolutionär weiterentwickelte Materialien wird eine neue Generation sekundärer Hochenergie- und Hochleistungs-Batteriesysteme vorangetrieben. Sie versprechen höhere Reichweiten für Elektrofahrzeuge bei größerer Sicherheit und geringeren Kosten. Batteriesysteme wie Lithium-Schwefel oder Metall-Luft-Systeme können die Zukunft darstellen, da sie deutlich mehr Energieinhalt versprechen. Auch wenn diese sobald nicht in Fahrzeugen zu finden sein werden, müssen sie heute schon erforscht werden.