i&mb Industrie & Management Beratung intern. GmbH

„Batteriematerialien für zukünftige elektromobile, stationäre und weitere industrierelevante Anwendungen (Batterie 2020 Transfer)“ Vier Einreichungstermine bis 01.11.2022

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 Ressourcenschonung sowie Werterhaltung und eine verlängerte Nutzungsphase der Sekundärbatterien angestrebt.

Im Fokus der Bekanntmachung stehen:

• Forschung und Entwicklung im Rahmen risikoreicher, industriegeführter Verbundprojekte,
• Verbundvorhaben, die der Umsetzung eines Machbarkeitsnachweises oder der Entwicklung eines Demonstrators dienen, um aus dem Labor einen entscheidenden Schritt weiter in Richtung Marktanwendung zu kommen,
• industriegeführte Transferprojekte aus den Batterie-Kompetenzclusteraktivitäten,

Forschungsgegenstand aller Forschungs-, Entwicklungs- und Innovationsprojekte sind material- und prozessbasierte Fragestellungen, die Sekundärbatterien betreffen. Folgende Sekundärbatterie-Typen werden berücksichtigt:

• Lithium-Ionen-Systeme mit mindestens einer Interkalationselektrode,
• alternative Batteriesysteme (Metall-Ionen-, Metall-Luft/Sauerstoff-, Metall-Schwefel- und andere zukunftsweisende Systeme).

Vorhaben zu Redox-Flow-Batterien, Superkondensatoren sowie Brennstoffzellen werden nicht gefördert.

Die Vorhaben können verschiedene Stufen der Wertschöpfungskette, von der Materialentwicklung bis zur Batteriezellproduktion, adressieren. Sie können auch Betrachtungen bis zur Modul- oder Systemebene beinhalten.

Alle Material- und Prozessentwicklungen sollen im Systemzusammenhang erarbeitet werden. Vor diesem Hintergrund werden vorrangig Konzepte ausgewählt, die auf einem innovativen Batteriedesign basieren. Innovatives Design kann auf den verschiedenen Ebenen einer Batterie realisiert werden, etwa auf Material-, Zellkomponenten- oder Zellebene. Um den Rohstoffeinsatz in Zukunft noch effizienter zu gestalten, sollen dabei auch Ansätze zur Rohstoffeinsparung und Substitution berücksichtigt werden.

Darüber hinaus sollen auch bestehende Konzepte der genannten Ebenen hinsichtlich nachfolgender Recycling­verfahren oder dem Wiedereinsatz von Batterien überdacht werden.

Ebenfalls werden innovative Konzepte betrachtet, die die Entwicklung von Prozessen und die notwendigen Produktionsmittel für Batterien adressieren. Hierbei werden Fertigungsprozesse und Produktionsmittel für die Wert­schöpfungskette Batterie betrachtet.

1. Batteriematerialien, Batteriesysteme

Projektideen können unter Berücksichtigung der Ressourcen- und Energieeffizienz zu folgenden Forschungsschwerpunkten der Wertschöpfungskette eingereicht werden:

• Material- und Zellkomponentendesign (z. B. Beschichtungen, Strukturierung, materialeffizienter Einsatz und Substitution der Rohstoffe, recyclinggerechte Konstruktion der Materialien und Zellkomponenten, Labeling für eine Recyclingstrategie),
• Materialsynthese oder -entwicklung von Kathoden- und Anodenmaterialien, Elektrolyten und Additiven sowie Separatoren inklusive Betrachtung des Skalierungspotenzials,
• Materialsimulation bzw. -modellierung als Ergänzung zu experimentellen Untersuchungen,
• mikrostrukturelle und physikalisch-chemische Charakterisierung (z. B. Grenzflächenphänomene, Reaktions- und Transportmechanismen, Einlagerungsmechanismen, Dendritenbildung etc.) inklusive Methodenentwicklung,
• Zelldesign, z. B. Design und Konstruktion demontage- und recyclingfreundlicher Batteriezellen und -module, Monitoringsysteme und Überwachungskonzepte (Hard- und Software) zur Beurteilung der Qualität, des Lade­zustands, des Funktions- und des Alterungszustandes der Zellen, Substitution der Funktion durch innovative Konzepte, die vom üblichen Zelldesign abweichen (z. B. Anodenfreie Zellkonzepte) sowie Lebenszyklusbetrachtungen zur Entscheidung Re-Use oder Recycling,
• Zellsimulation und -modellierung zur Prädiktion des Zellverhaltens (beispielsweise zur Alterungsprognose, Vermeidung kritischer Zustände und von Degradationsphänomenen).

Unterteilt in zwei Themenschwerpunkte werden im Folgenden Beispiele für die dringendsten Fragestellungen genannt.

• Im Bereich der Lithium-Ionen-Technologie können Projektvorschläge eingereicht werden, sofern das adressierte Batteriesystem mindestens eine Interkalationselektrode aufweist. Hier können auch Festkörperbatterien berücksichtigt werden.
• Im Bereich der alternativen Batteriesysteme können Projektvorschläge eingereicht werden, sofern die Technologie dem Metall-Ionen- (keine Li-Ionen-Technologie), dem Metall-Luft/Sauerstoff- oder dem Metall-Schwefel-System zuzuordnen ist. Andere alternative Systeme können Bestandteil der Projektidee sein, sofern ein hoher Innovationsgrad nachgewiesen wird.

2.  Wiederverwendung der Sekundärrohstoffe und Batteriematerialrecycling

Im Fokus stehen verbesserte und neue Recyclingverfahren zur funktionserhaltenden Wiedergewinnung und Rückführung sowohl qualitativ hoch­wertigen Re-Use-Kathoden- und Anodenmaterials, als auch des Elektrolyten. Für die Wiederverwertung der zurückgewonnenen Sekundärrohstoffe aus dem Recyclingstrom und aus Rückständen des Produktionsprozesses stehen die Verarbeitungsprozesse zur Sicherstellung vergleichbarer Eigenschaften von Primärrohstoffen sowie deren Aufbereitung und Erprobung als Zellkomponentenmaterial im Vordergrund der Forschungs- und Entwicklungsprojekte.

Folgende Fragestellungen können beispielsweise bearbeitet werden:

1. a) Prozesse und Verfahren zum Recycling:

• sichere Trenn- und Zerlegeverfahren,
• Methoden zur Gewährleistung der Sortenreinheit,
• Berücksichtigung einer flexiblen Prozesstechnik in Bezug auf verschiedene Batterietypen und chemische Zusammensetzungen.

1. b) Wiedergewinnung von (kritischen) Rohstoffen:

• Verfahren und Prozesse zur Reduzierung der Lithium- und Magnesiumverluste im Recyclingprozess,
• metallurgische bzw. hydrometallurgische Aufschlüsse,
• Rückgewinnung des Elektrolyten und der Metalle aus den Batteriezellen.

1. c) Wiederverwertung zurückgewonnener Sekundärrohstoffe:

• Verarbeitungsprozesse recycelter Substanzen zur Gewährleistung definierter Material- und Partikeleigen­schaften sowie der Produktreinheit,
• Aufbereitung und Konfektionierung der rückgewonnenen Elektrodenmaterialien für die Wiederverwendung in Zellen,
• Erprobung der rückgewonnenen Kathoden- und Anodenmaterialien in kleinformatigen Testzellen und in großformatigen Zellprototypen mit umfassender elektrochemischer Charakterisierung (Performance, Zyklenstabilität, kalendarische Alterung etc.),
• Beurteilung der Zellperformance von Batteriezellen aus Sekundärrohstoffen (Benchmarking).

3. Innovative Fertigungsprozesse und innovative Produktionsmittel für die Wertschöpfungskette

Der Schwerpunkt fokussiert auf die Neu- oder Weiterentwicklung der notwendigen Prozess- und Anlagentechnik. Ziel ist es, die Flexibilität von Produktionssystemen bezüglich der zu verarbeitenden Materialien, der standardisierten Zellformate und der zu produzierenden Kapazitäten zu steigern.

Der Schwerpunkt reicht dabei vom Bereich der Materialherstellung bis zur fertigen Batteriezelle, kann aber im begründeten Einzelfall auch darüber hinausgehen. Umfasst werden auch Aspekte wie Prozesssimulation und -entwicklung sowie Elektroden- und Zellproduktion, Zellassemblierung und -gehäuse, automatisierte Modulfertigung und Industrie 4.0.

Antragsberechtigt sind Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft sowie Hochschulen und Forschungseinrichtungen. Die Ergebnisse des geförderten Vorhabens dürfen nur in Deutschland oder dem EWR und der Schweiz genutzt werden.

Die Zuwendungen werden als nicht rückzahlbarer Zuschuss gewährt. Die Förderquote beträgt maximal 50%. Die Förderquote für Machbarkeitsstudien und die Erstellung eines Prototyps beträgt bis zu 25 %.

Mit der Abwicklung der Fördermaßnahme ist der Projektträger Jülich (PtJ)beauftragt.
Bewertungsstichtage sind:

31. Oktober 2020 – 1. April 2021 – 1. Februar 2022 – 1. November 2022