Ein Anteil der Förderung der Batterieforschung durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) erfolgt im Rahmen der institutionellen Forschungsförderung. Hierbei werden Forschungseinrichtungen und Förderorganisationen unterstützt, die das BMBF eigenständig, gemeinsam mit den Ländern oder mit weiteren Partnern trägt. Für den Bereich der Batterieforschung relevant sind insbesondere die Fraunhofer-Gesellschaft (FhG) sowie die Leibniz- (WGL) und Helmholtz-Gemeinschaften (HGF). Aber auch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und Max-Planck-Gesellschaft (MPG) beschäftigen sich mit elektrochemischen Energiespeichern.
Die Fraunhofer-Gesellschaft ist die weltweit führende Organisation für anwendungsorientierte Forschung. Mit ihrer Fokussierung auf zukunftsrelevante Schlüsseltechnologien sowie auf die Verwertung der Ergebnisse in Wirtschaft und Industrie spielt sie eine zentrale Rolle im Innovationsprozess. Als Wegweiser und Impulsgeber für innovative Entwicklungen und wissenschaftliche Exzellenz wirkt sie mit an der Gestaltung unserer Gesellschaft und unserer Zukunft. Die 1949 gegründete Organisation betreibt in Deutschland derzeit 76 Institute und Forschungseinrichtungen. Etwa 30.800 Mitarbeitende, überwiegend mit natur- oder ingenieurwissenschaftlicher Ausbildung, erarbeiten das jährliche Forschungsvolumen von rund 3,0 Mrd. Euro. Davon fallen 2,6 Mrd. Euro auf den Bereich Vertragsforschung.
Die Batterieforschung gehört zu den Schlüsselthemen im umfangreichen Fraunhofer-Portfolio. Mit den vielfältigen Kompetenzen von mehr als 700 Wissenschaftlern, Technikern, einer einzigartigen Infrastruktur und den Erfahrungen aus hunderten Forschungsprojekten ist die Fraunhofer-Gesellschaft ein Aushängeschild der deutschen und europäischen Batterie-Forschungslandschaft. Experten der Fraunhofer-Batterieforschung beraten zahlreiche deutsche und europäische Gremien und stellen ihre Batteriekompetenzen in vielfältigen Weiterbildungsangeboten zur Verfügung. Für die Industrie bietet die umfangreiche Forschungsinfrastruktur und die institutsübergreifende Kompetenzbündelung insbesondere bei dem investitionsintensiven Themenfeld Batterieforschung vielfältige Anknüpfungspunkte – von Rohstoffen & Materialien über Zellen & Zellfertigung bis zu vollständigen Batteriesystemen. Hinzu kommen übergreifende Aktivitäten wie Standardisierung und Digitalisierung ebenso wie die Betrachtung von Anwendungsszenarien und Nachhaltigkeitsaspekten.
Die Mitgliedsinstitute der Fraunhofer-Allianz Batterien erarbeiten im Kundenauftrag oder in geförderten Projekten mit der Industrie technische und konzeptionelle Lösungen entlang der gesamten Batteriewertschöpfungskette von der Materialentwicklung über die Systemintegration mobiler und stationärer Speichersysteme bis zu End-of-Life und Recycling. Ergänzt werden diese Bereiche durch Simulation, Produktions- und Prozesstechnologie, Test und Evaluierung sowie Digitalisierung. Mit Studien, Roadmaps und technoökonomischen Bewertungen werden die aktuellen Arbeiten begleitet.
In der Fraunhofer-Allianz Batterien bündeln derzeit 26 Fraunhofer-Institute ihre Kompetenzen:
EMI – Fraunhofer Ernst-Mach-Institut in Freiburg: Untersuchung dehnratenabhängiger Effekte bei mechanischem Abuse bis zur Modulebene sowie Crashmodellierung von Zellen und Modulen,
FEP – Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnologie in Dresden: Entwicklung von durchsatzoptimierten Vakuum-Dünnschichttechnologien im Rolle-zu-Rolle-Modus für Stromableiter, Kathoden, Anoden, Elektrolyten und Separatoren,
FFB – Fraunhofer-Forschungsfertigung Batteriezelle in Münster: Großskalige Produktionsinfrastruktur für die Industrie und Forschung zur Förderung und Beschleunigung von Innovationen für eine ökonomische und ökologische Batteriezellfertigung sowie zur Überfügung in die Marktreife,
HHI – Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut auf dem EnergieCampus Goslar: Entwicklung neuer Sicherheitskonzepte für Batterien auf der Basis photonischer Sensorik mit der Zielsetzung einer kostengünstigen Produktion und Integration in Lithium-Ionen-Batterien für eine Vielzahl von Anwendungen,
ICT – Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie in Pfinztal: Sicherheits- und Alterungsuntersuchungen bis zur Modulebene, Gasanalytik sowie weitere spezielle (Operando-) Analysemethoden auf Zell- und Systemebene, Entwicklung neuer Batterien wie Festkörper-, Redox-Flow und Na-Batterien sowie Forschungs- und Testdatenmanagemen,
IEE – Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik in Kassel: physikalisch-elektrochemische Simulation von Batterien für stationäre und automobile Anwendungen, Parameterermittlung für beliebige Simulationsmodelle, Entwicklung von Tests mit Batterie-HiL-Systemen und Alterungssimulation für Zellen und ausgewählte Systeme,
IFAM – Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung in Bremen: Material- und Prozessentwicklung für zukünftige Batterietechnologien wie nanostrukturierte Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien, Komposite für Festkörper- und Metall-Luft-Batterien,
IGCV – Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik in Augsburg, München und Garching: Material- und Prozessforschung für Lithiumionen-Batterien und Festkörperbatterien, sowie Entwicklung und Testen von Zell-, Modul- und Speichersystemen im Zielformat,
IIS-EZRT – Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen – Entwicklungszentrum Röntgentechnik in Fürth: zerstörungsfreies Monitoring basierend auf Röntgentechnik, Optik und Magnetresonanzverfahren sowie einzigartige Ausstattung an Prüfsystemen für die Entwicklung und Herstellung von Energiespeichern,
IISB – Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie in Erlangen: Entwicklung von ausgewählten Systemen mit Batteriemanagementsystem (foxBMS® als freie, offene und flexible Entwicklungsumgebung) und integrierter Leistungselektronik für mobile und stationäre Anwendungen,
IKTS – Fraunhofer Institut für Keramische Technologien und Systeme in Dresden, Hermsdorf und Pleissa: Batterieentwicklung basierend auf keramischen Materialien und Prozessen mit Schwerpunkt auf Lithium- und Natrium-Systemen, konventionelle Zellkonzepte und Festkörper-Ansätze,
ILT – Fraunhofer-Institut für Lasertechnik in Aachen: laserbasierte Fertigungstechnik von der Zell- bis zur Packebene wie Trocknen und Funktionalisieren von Schichten, Strukturieren, Konfektionieren und Kontaktieren von Elektroden und Verbindungstechnik für die Modulherstellung sowie Untersuchungen zu neuen Batterietypen wie Dünnschicht- oder Feststoffbatterien,
IPA – Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung in Stuttgart: Entwicklung von Produktionsprozessen zur Herstellung design- und formatflexibler Rundzellen unter Einbeziehung von Industrie 4.0-Technologien und automatisierter Demontage,
IPT – Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie in Aachen: innovative und nachhaltige Prozess- und Maschinenentwicklung für die Produktion von Batterien mit Qualitätssteigerung durch Digitalisierungsmaßnahmen,
ISC – Fraunhofer-Institut für Silicatforschung in Würzburg: Forschung für nachhaltige Speichertechnologien – Material- und Verfahrensentwicklung, Tests und intelligentes Recycling von Lithium-Ionen-, Festkörper- und Blei-Säure-Batterien,
ISE – Fraunhofer-Institut für Solare Energieforschung in Freiburg: Materialentwicklung, Zellproduktionsverfahren, Modul- und Systementwicklung, Batterietests nach gängigen Normen und Standards sowie Qualitätssicherung für Energiespeicherwerke,
ISI – Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung in Karlsruhe: internationales Monitoring zu Technologie- und Marktentwicklungen, Entwicklungen der Rahmenbedingungen für Batterien für die Elektromobilität, stationäre und mobile Anwendungen und nationales Roadmapping zur strategischen Unterstützung von Wissenschaft, Wirtschaft und Politik,
ISIT – Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie in Itzehoe: kundenspezifische Entwicklung und Fertigung von Batterien bis zur Systemebene auf Basis der Lithium-Ionen-Technologie, Entwicklung und Optimierung von Fertigungsverfahren sowie Entwicklung von Batterien wie Magnesium- und Lithium-Schwefel- und Calcium-Ionen-Batterien,
IST – Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik in Braunschweig: Entwicklung skalierbarer Produktionsprozesse für Energiespeicher unter Berücksichtigung des gesamten Produktlebenszyklus – von der Rohstoffgewinnung bis zum Recycling,
ITWM – Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik in Kaiserslautern: Entwicklung und Anwendung physikalischer Modelle zur Simulation von Energiespeichern von der Mikrometerskala bis zur Zellskala mit Fokus auf Lithium-Ionen-Zellen,
IVI – Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme in Dresden: anwenderorientierte Batteriecharakterisierung, Fernmonitoring und vorausschauende Alterungsdiagnostik von der Zelle bis zur Fahrzeugflotte für gegenwärtige und zukünftige Batterietechnologien,
IWKS – Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie in Alzenau und Hanau: Fokusthemen sind Demontage, (hydro-)mechanisches und hydrometallurgisches Recycling der Schwarzmasse sowie direktes Recycling, begleitet durch umfassende Materialanalytik, LCA, LCC und Prozessoptimierung,
IWM – Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik in Freiburg: Simulation von Batteriematerialien auf atomistischer und quantenchemischer Ebene sowie Simulation des Crashverhaltens von Batteriesystemen,
IWS – Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik in Dresden: Material-, Oberflächen- und Lasertechnologien entlang der Prozesskette zur Entwicklung neuer Batteriezellen mit aktuellem Fokus auf Lithium-Schwefel- und Festkörper-Batterien,
IWU – Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik in Chemnitz, Cottbus, Dresden, Leipzig, Wolfsburg und Zittau: Entwicklung von Leichtbau und Thermomanagement von Fahrzeugbatterien und deren Kreislaufwirtschaft,
LBF – Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit in Darmstadt: multiphysikalische Prüfung und Erprobung von Traktionsbatterien für E-Fahrzeuge nach mechanischen, thermischen und elektrischen Kriterien sowie Bewertung der Systemzuverlässigkeit und Quantifizierung der Unsicherheit in der Elektromobilität,
Die Wissenschaftsgemeinschaft Gottfried Wilhelm Leibniz (WGL) verbindet 96 selbständige Forschungseinrichtungen. Ihre Ausrichtung reicht von den Natur-, Ingenieur- und Umweltwissenschaften über die Wirtschafts-, Raum- und Sozialwissenschaften bis zu den Geisteswissenschaften. Leibniz-Institute betreiben erkenntnis- und anwendungsorientierte Forschung und widmen sich gesellschaftlich, ökonomisch und ökologisch relevanten Fragen.
Mit dem Thema Batterien beschäftigen sich die folgenden acht Institute:
DWI – Leibniz-Institut für Interaktive Materialien,
IFW – Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden,
INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien,
INP – Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie,
IOM – Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung,
IPF – Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden,
LIKAT – Leibniz-Institut für Katalyse
WIAS – Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik.
Ferner untersuchen zwei weitere Institute die batterieunterstütze Eigenversorgung mit Strom:
WZB – Wissenschaftszentrum Berlin für Sozialforschung,
DIW – Deutsches Institut für Wirtschaftsforschung.
Die Helmholtz-Gemeinschaft (HGF) hat die Aufgabe, langfristige Forschungsziele des Staates und der Gesellschaft zu verfolgen und die Lebensgrundlagen des Menschen zu erhalten und zu verbessern. Dazu identifiziert und bearbeitet sie große und drängende Fragen von Gesellschaft, Wissenschaft und Wirtschaft durch strategisch-programmatisch ausgerichtete Spitzenforschung. In der Gemeinschaft haben sich 18 naturwissenschaftlich-technische und medizinisch-biologische Forschungszentren zusammengeschlossen.
Elektrochemische Energiespeicher werden in folgenden Zentren erforscht:
Karlsruher Institut für Technologie,
Forschungszentrum Jülich,
Helmholtz Institut Ulm,
Helmholtz Institut Münster,
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt mit Hauptsitz in Köln,
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie,
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.
Derzeit engagieren sich 84 Institute der Max-Planck-Gesellschaft (MPG) in innovativen Forschungsgebieten, von denen insbesondere die Forschergruppen um folgende Professoren im Bereich Batterien tätig sind:
Prof. Dr. Joachim Maier am Institut für Festkörperforschung in Stuttgart: Erhöhung der Leistungsfähigkeit von Lithium-Batterien unter anderem mit Hilfe nanoskopischer Effekte,
Prof. Dr. Markus Antonietti am Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam: Untersuchung von Möglichkeiten, Batterien auf Magnesium- statt auf Lithium-Basis zu entwickeln und für Bauteile von Batterien Biopolymere zu verwenden, sowie Entwicklung von nanostrukturierten Materialien aus Kohlenstoff unter anderem für Elektroden von Batterien,
Prof. Dr. Robert Schlögl am Institut für chemische Energiekonversion in Mülheim an der Ruhr: Erforschung von Katalysatoren, mit denen sich elektrische Energie unter anderem in Batterien effizienter in chemische umwandeln lässt.
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) ist die Selbstverwaltungsorganisation der Wissenschaft in Deutschland. Ihre Kernaufgabe besteht in der wettbewerblichen Auswahl der besten Forschungsvorhaben von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern an Hochschulen und Forschungsinstituten und in deren Finanzierung.
Die DFG fördert die grundlagenorientierte Forschung zu Batterien – unter anderem in den Fachgebieten Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, Verfahrenstechnik, Elektrotechnik sowie in Teilbereichen der Chemie und Physik.