“Deutschland ist heute wieder ‘Hotspot’“

Karliczek fördert vier neue Batterie-Kompetenzcluster mit 100 Millionen

Das BMBF investiert weitere 100 Millionen Euro in die Batterieforschung an Hochschulen und außeruniversitären Forschungseinrichtungen: Als Teil des Dachkonzepts „Forschungsfabrik Batterie“ werden einer BMBF-Medienmitteilung vom 08.07.2020 zufolge vier weitere Batterie-Kompetenzcluster dazu beitragen, die Batterieforschung in Deutschland entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu stärken. Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist laut einer Medienmitteilung vom 09.07.2020 an allen vier Clustern beteiligt.

Bundesforschungsministerin Anja Karliczek dazu: “Die Batterietechnologie ist eine entscheidende Schlüsseltechnologie der Zukunft. Das beginnt bei der Mobilität, geht über die Energiespeicherung in Stromnetzen und Haushalten und endet noch lange nicht bei industriellen Anwendungen, Medizingeräten oder Powertools. Die Batterie ist für unseren Innovations- und Wirtschaftsstandort von vielfältiger Bedeutung. Deshalb hat mein Ministerium die Batterieforschung am Standort Deutschland und den Transfer in die industrielle Anwendung konsequent gestärkt. In den vergangenen zehn Jahren wurde die Batterieforschungslandschaft in Deutschland neu aufgestellt. Diese Arbeit trägt Früchte: Deutschland ist mittlerweile wieder im besten Sinne ein ‘Hotspot’ in der Batterieforschung.

Nun stärken wir mit den vier neuen Batterie-Kompetenzclustern die Batterieforschungslandschaft in Deutschland weiter. Die neuen Kompetenzcluster widmen sich wichtigen Zukunftsthemen der Batterieforschung: Von Produktion und Nutzungskonzepten über Recycling bis zur Qualitätssicherung. Das Dachkonzept „Forschungsfabrik Batterie“ bereitet so den Weg für neue und bessere Batterietechnologien ‚made in Germany‘.“

Batterieforschung der Zukunft – Stapelmodul des SmartBatteryMaker – Foto © wbk, KIT

KIT forscht in vier neuen Batterie-Kompetenzclustern

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist laut einer Medienmitteilung vom 09.07.2020 an allen vier Clustern beteiligt, die das BMBF fördert, an zwei davon als Koordinator: Bei „Intelligente Batteriezellproduktion (InZePro)1“ stehen flexible Produktionssysteme im Fokus. Bei „Analytik/Qualitätssicherung (AQua)2“ geht es darum, Leistungsfähigkeit und Lebensdauer von Batterien zu verbessern. Zur Förderung in den Clustern stellen die beteiligten Forscherinnen und Forscher nun zunächst Vollanträge.

„Leistungsfähige und sichere Batterietechnologien sind Grundvorsetzung dafür, dass wir die Energiewende schaffen und unsere Mobilität nachhaltig gestalten können“, sagt der Präsident des KIT, Professor Holger Hanselka. „Die Cluster greifen die dafür ganz zentralen Aspekte – agile Produktionssysteme, Recycling, Nutzungskonzepte und Qualtitätssicherung – auf. Wir freuen uns sehr darauf, gemeinsam mit den Partnern in allen vier Clustern unsere Kompetenzen zu bündeln und die Batterieforschung voranzutreiben.“

1 Kompetenzcluster Intelligente Batteriezellproduktion (InZePro)

Im Fokus des Kompetenzclusters Intelligente Batteriezellproduktion (InZePro) stehen eine agile und flexible Anlagentechnik – mittels der sich Batteriezellen variantenflexibel und stückzahlangepasst fertigen lassen –, die Digitalisierung einzelner Anlagen und des gesamten Produktionssystems sowie virtuelle Produktionssysteme und KI in der Produktion. „Ziel ist es, vielfältige Varianten von Batteriezellen in kleinen bis großen Stückzahlen für eine flexible, automatisierte und intelligente, durch Künstliche Intelligenz optimierte Fertigung herzustellen. So wollen wir dafür sorgen, dass produzierende Unternehmen, beispielsweise in der Automobilindustrie, ihre Produktivität selbst bei schwankender Auftragslage und hoher Produktvarianz steigern“, erläutert Professor Jürgen Fleischer, Leiter des wbk Instituts für Produktionstechnik, der für das KIT im Koordinationsteam von InZePro ist. Das Cluster wird insgesamt mit voraussichtlich rund 30 Millionen Euro gefördert.

2 Kompetenzcluster Analytik/Qualitätssicherung (AQua)

Die Leistungsfähigkeit von Lithium-Ionen-Batterien zu verbessern und gleichzeitig eine lange Lebensdauer zu gewährleisten, ist Ziel des Clusters AQua. Als Grundlage für die Qualitätssicherung bei der Produktion entwickeln die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Analysemethoden und -standards, die den komplexen Prozessen in der Batterie gerecht werden. „Wir wollen in AQua ein umfassendes und prozessübergreifendes Verständnis dafür erarbeiten, wie sich das Zusammenspiel von Materialien, Fertigungsschritten und elektrochemischen Besonderheiten auf Strukturen und Eigenschaften der Batterie auswirkt“, sagt Professor Helmut Ehrenberg vom KIT, der im Koordinationsteam ist. Dieses Cluster wird insgesamt mit voraussichtlich rund 20 Millionen Euro gefördert.

Batterieforschung in Deutschland stärken

Bei den beiden Clustern InZePro und AQua ist das KIT jeweils im Koordinationsteam. Forscherinnen und Forscher des KIT arbeiten aber auch in den beiden weiteren Clustern Recycling/Grüne Batterie (greenBatt) und Batterienutzungskonzepte (BattNutzung) mit. Starten sollen die neuen Cluster im Oktober 2020. Außerdem ist das KIT an dem bereits seit 2018 laufenden Kompetenzcluster FestBatt zur Entwicklung von Festkörper-Batterien und seit 2016 an ProZell zur Batteriezellproduktion beteiligt.

Die Cluster knüpfen an die erfolgreiche Batterieforschung am KIT an, wie sie etwa über die mit der Universität Ulm und dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) gegründeten Plattform CELEST läuft.

Hintergrund – Die vier neuen Batterie-Kompetenzcluster

1. Intelligente Batteriezellproduktion (InZePro): Im Fokus steht die Erhöhung und Flexibilisierung der Produktivität der Zellproduktion. Erreicht werden soll dies durch eine ganzheitliche Optimierung des Produktionssystems unter Einsatz von Lösungen der Industrie 4.0. Schwerpunkte sind dabei: Innovative agile Anlagentechnik, Digitalisierung, Künstliche Intelligenz (KI) in der Produktion sowie virtuelle Produktionssysteme. (Fördersumme: rund 30 Millionen Euro)

Koordinatorenteam:

  • Prof. Dr. Gunther Reinhart (Sprecher), Technische Universität München
  • Prof. Dr. Jürgen Fleischer, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
  • Prof. Dr. Klaus Dröder, TU Braunschweig
  • Prof. Dr. Achim Kampker, RWTH Aachen

2. Recycling / Grüne Batterie (greenBatt): Zentrales Handlungsfeld des Kompetenzclusters ist die systematische Gestaltung des Batterielebenszyklus, die Berücksichtigung und Weiterentwicklung effizienter Recyclingtechnologien und die Integration von rückgewonnenen Materialien in die Batteriezellproduktion. Ziel ist es Stoffkreisläufe zu schließen. (Fördersumme: rund 30 Millionen Euro)

Koordinatorenteam:

  • Prof. Dr.-Ing. Christoph Herrmann (Sprecher), Technische Universität Braunschweig
  • Prof. Dr. Alexander Michaelis (Sprecher), Fraunhofer Institut für Keramische Technologien und Systeme, Dresden
  • Prof. Dr.-Ing. Bernd Friedrich, RWTH Aachen

3. Batterienutzungskonzepte (BattNutzung): Ziel ist das tiefgehende Verständnis von Batteriezuständen und -verhalten, um zu entscheiden, wann die Zweitnutzung (Second Use) von Batteriespeichern möglich und für welche Anwendung sinnvoll ist. (Fördersumme: rund 20 Millionen Euro)

Koordinatorenteam:

  • Prof. Dr. rer. nat. Dirk Uwe Sauer (Sprecher), RWTH Aachen
  • Prof. Dr.-Ing. Andreas Jossen, Technische Universität München
  • Dr. rer. nat. habil. Axel Müller-Groeling, Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie, Itzehoe

4. Analytik / Qualitätssicherung (AQua): Die stete Verbesserung der Leistungsfähigkeit bei gleichzeitig langer Lebensdauer und hoher Sicherheit von Batterien erfordert Kompetenzen zur Analyse und Qualitätssicherung. Ziel ist die gemeinschaftliche Erarbeitung von Methoden, Strategien und Standards. (Fördersumme: rund 20 Millionen Euro)

Koordinatorenteam:

  • Dr. Margret Wohlfahrt-Mehrens (Sprecherin), Zentrum für Sonnenenergie- und
    Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg, Ulm
  • Prof. Dr. Helmut Ehrenberg, Karlsruher Institut für Technologie
  • Prof. Dr. Hubert A. Gasteiger, Technische Universität München

Batteriezelle Münster auch ein Baustein

Das Konzept der vier neuen Kompetenzcluster baut auf den vorhandenen Strukturen des Dachkonzeptes „Forschungsfabrik Batterie“ auf, das forschungsseitig Synergien mit dem europäischen Green-Deal und den IPCEI-Projekten des BMWi schafft. Dabei ist im Gesamtkontext des Dachkonzeptes die Forschungsfertigung Batteriezelle Münster auch ein Baustein. In ihr soll aufbauend auf den Forschungen in den Kompetenzclustern die eigentliche industrielle Produktion erforscht und mit der Industrie umgesetzt werden.  Zudem laufen bereits drei Kompetenzcluster zu den Themen Batteriezellproduktion (ProZell), Festkörperbatterien (FestBatt) und Batteriematerialien (ExcellBattMat). Die kooperativen Strukturen ermöglichen, die Vielzahl an komplexen Fragestellungen der Batterieforschung durch eine noch intensivere Zusammenarbeit von Hochschulen und außeruniversitären Forschungseinrichtungen zu bündeln und gemeinsam zu bearbeiten. Alle Kompetenzcluster sind überregional zusammengesetzt und Verbünde mehrerer Forschungseinrichtungen, die nicht auf ein Bundesland beschränkt sind. Insgesamt sind mehr als 40 Hochschulen und außeruniversitäre Forschungseinrichtungen beteiligt. Die Kompetenzcluster sind zudem eng an die Industrie angebunden, um einen Schulterschluss und den Transfer zwischen Wissenschaft und Industrie zu erreichen.

Die neuen Kompetenzcluster sind Ergebnis eines mehrmonatigen Initiierungsprozesses. Sie wurden unter Beteiligung der relevanten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erarbeitet und in sogenannten Managementkreisen mit Blick auf die Bedarfe der Industrie diskutiert. Die Vorhaben sind nun ausgewählt und werden jetzt bewilligt. Die neuen Kompetenzcluster starten operativ im Oktober diesen Jahres.

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