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 führende Organisation für angewandte Forschung in Europa. Unter ihrem Dach arbeiten insgesamt 72 Institute und Forschungseinrichtungen an Standorten in ganz Deutschland. Mehr als 26.600 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter erzielen ein jährliches Forschungsvolumen von 2,6 Milliarden Euro. Den größten Anteil daran haben Aufträge aus der Industrie und öffentlich finanzierte Forschungsprojekte. Internationale Kooperationen sorgen für einen direkten Zugang zu den wichtigsten Wissenschafts- und Wirtschaftsräumen.
Die Batterieforschung gehört zu den Schlüsselthemen im umfangreichen Fraunhofer-Portfolio. In der Fraunhofer-Allianz Batterien bündeln 20 Fraunhofer-Institute ihre Kompetenzen. Ihr Ziel ist es, durch relevante Forschung auf dem Themengebiet der elektrochemischen Energiespeicher geeignete technische und konzeptionelle Lösungen unter besonderer Berücksichtigung der sozialen, ökonomischen und ökologischen Konsequenzen zu entwickeln und in die Anwendung zu überführen, Materialien und Technologien weiterzuentwickeln und die Wertschöpfungskette zu optimieren. Die Forschenden decken dabei alle denkbaren Anwendungen ab: von der Batterie für die E-Mobilität über große stationäre Systeme bis zum kompakten Energiespeicher für mobile Anwendungen.
Derzeit engagieren sich 25 Fraunhofer-Institute und -Einrichtungen im Bereich der Batterien:
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: Forschung zur Zellproduktion in Großserie, von innovativen Materialien bis zur Produktionstechnik für neuartige, leistungsfähigere Zellkonzepte,
HHI – Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut auf dem EnergieCampus Goslar: Sicherheitstests, Zertifizierungen und Bereitstellung erweiterter Batteriesicherheitssysteme für Lithium-Ionen-Systeme,
IAP – Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung in Potsdam-Golm: Entwicklung von neuen Polymer- und Hybrid-Festelektrolyten für Lithium-Ionen-Systeme und neue Batterietypen sowie von Membranen und organischen, redoxaktiven Molekülen für Redox-Flow-Batterien,
ICT – Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie in Pfinztal: Sicherheitstests an Lithium-Ionen-Systemen bis zur Modulebene, Gasanalytik sowie weitere spezielle Analysemethoden auf Zell- und Systemebene und Entwicklung neuer Batterietypen wie Lithium-Schwefel-, Festkörper- sowie Redox-Flow-Batterien,
IEE – Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik in Kassel: physikalisch-elektrochemische Simulation von Zellen und Batteriesystemen für stationäre und automobile Anwendungen, Parameterermittlung für beliebige Batteriesimulationsmodelle, Entwicklung von und Tests mit Batterie-Hardware-in-the-Loop-Systemen sowie Alterungssimulation für Zellen und Batteriesysteme,
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,
IIS – Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen in Nürnberg: Entwicklung von Batteriemanagementsystemen mit Fokus auf flexible Architekturen zur Überwachung von beliebigen Zell- und Modulkombinationen sowie aktiver Zellsymmetrierung,
IISB – Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie in Erlangen: Entwicklung von Batteriesystemen 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, konventionellen Zellkonzepten und Festkörper-Ansätzen,
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 und Produktionstechnik zur Herstellung von wieder aufladbaren Batterien unter Einbeziehung von Industrie-4.0-Technologien,
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 sowie Entwicklungen der Rahmenbedingungen für Energiespeicher für die Elektromobilität, stationäre und (kleine) mobile Anwendungen ebenso wie nationales Roadmapping zur strategischen Unterstützung von Wissenschaft, Wirtschaft und Politik,
ISIT – Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie in Itzehoe: kundenspezifische Entwicklung und Fertigung von Batterien für spezielle Anforderungen bis zur Systemebene auf Basis der Lithium-Ionen-Technologie, Entwicklung und Optimierung von Fertigungsverfahren sowie Entwicklung neuer Batterien wie Magnesium- und Lithium-Schwefel- als auch Calcium-Ionen-Batterien,
IST – Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik in Braunschweig: Entwicklung von Dünnschichttechnologien in Vakuum- und Atmosphärendruck-Verfahren für Aktivpartikeln sowie Ableiterfolien und Elektroden,
ITWM – Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik in Kaiserslautern: Entwicklung und Anwendung physikalischer Modelle zur Simulation von elektrochemischen 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,
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 das Lithium-Schwefel-System,
IZM – Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration in Berlin: Entwicklung von kleinsten, in Silicium und Glassubstrate integrierten Mikrobatterien für medizintechnische Anwendungen und Nutzung von Arrays dieser Batterien für kombinatorische und Hochdurchsatztests in der Batterie-Materialforschung,
LBF – Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit in Darmstadt: multiphysikalische Prüfung und Erprobung von Traktionsbatterien für Elektrofahrzeuge nach mechanischen, thermischen und elektrischen Kriterien sowie Bewertung der Systemzuverlässigkeit und Quantifizierung der Unsicherheit in der Elektromobilität,
UMSICHT – Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik in Oberhausen: Entwicklung von Redox-Flow-Batterien und Batterien im bipolaren Aufbau sowie von optimierten Materialien wie Elektroden, Bipolarplatten und -folien sowie Membranen.
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.