Call: Schnittstellen- und Elektronenüberwachung für die Entwicklung neuer und aufkommender Batterietechnologien (Batteries Partnership)

Dieses Ziel deckt Themenbereiche ab, die von Natur aus übergreifend sind und Schlüssellösungen für Klima-, Energie- und Mobilitätsanwendungen bieten können. Im Einklang mit dem Geltungsbereich von Cluster 5 sind solche Bereiche Batterien, Wasserstoff, Gemeinden und Städte, bahnbrechende Technologien im Frühstadium sowie bürgerschaftliches Engagement. Obwohl diese Bereiche in Bezug auf Herausforderungen, Stakeholder-Gemeinschaften und erwartete Auswirkungen sehr unterschiedlich sind, haben sie ihren übergreifenden Charakter als verbindendes Merkmal und werden daher unter dieser Destination zusammengefasst.

Dieses Ziel trägt zu den folgenden Strategischen Schlüsselorientierungen (KSO) des Strategieplans bei:

• C: Europa durch die Transformation seiner Mobilitäts-, Energie-, Bau- und Produktionssysteme zur ersten digital ermöglichten zirkulären, klimaneutralen und nachhaltigen Wirtschaft machen;
• A: Förderung einer offenen strategischen Autonomie[["Offene strategische Autonomie" bezieht sich auf den Begriff "strategische Autonomie bei gleichzeitiger Wahrung einer offenen Wirtschaft", wie er in den Schlussfolgerungen des Europäischen Rates vom 1. bis 2. Oktober 2020 zum Ausdruck kommt.]], indem sie die Entwicklung digitaler, grundlegender und neu entstehender Schlüsseltechnologien, Sektoren und Wertschöpfungsketten anführt, um den digitalen und grünen Wandel durch auf den Menschen ausgerichtete Technologien und Innovationen zu beschleunigen und zu lenken;
• D: Schaffung einer widerstandsfähigeren, inklusiveren und demokratischeren europäischen Gesellschaft, die auf Bedrohungen und Katastrophen vorbereitet ist und darauf reagieren kann, Ungleichheiten beseitigt und eine hochwertige Gesundheitsversorgung bereitstellt und alle Bürgerinnen und Bürger befähigt, im Rahmen des grünen und digitalen Wandels zu handeln.

Es umfasst die folgenden Wirkungsbereiche:

•  Industrielle Führung bei Schlüssel- und Zukunftstechnologien, die für die Menschen arbeiten
•  Erschwingliche und saubere Energie
•  Intelligenter und nachhaltiger Transport

Die erwartete Wirkung ist, in Übereinstimmung mit dem Strategieplan, ein Beitrag zum "sauberen und nachhaltigen Übergang des Energie- und Verkehrssektors zur Klimaneutralität, der durch innovative, bereichsübergreifende Lösungen erleichtert wird", insbesondere durch:

1. Förderung eines europäischen Forschungs- und Innovations-Ökosystems von Weltrang zu Batterien entlang der Wertschöpfungskette auf der Grundlage nachhaltiger Wege. Dazu gehört die Verbesserung der technologischen Leistung, um die Attraktivität für die Anwender zu erhöhen (insbesondere in Bezug auf Sicherheit, Kosten, Benutzerkomfort, schnelles Aufladen und ökologischen Fußabdruck), wobei gleichzeitig die Schaffung einer wettbewerbsfähigen, zirkulären und nachhaltigen europäischen Wertschöpfungskette für die Batterieherstellung unterstützt wird (nähere Informationen unten).
2. Erhöhte Effizienz der Energie-, Ressourcenverbrauchs- und Mobilitätsmuster der europäischen Städte und Gemeinden sowie die allgemeine Nachhaltigkeit der Städte und Gemeinden, wodurch ihre Klimaresistenz und Attraktivität für Unternehmen und Bürger auf ganzheitliche Weise verbessert wird. Dazu gehören auch die Verbesserung der Luft- und Wasserqualität, die Widerstandsfähigkeit der Energieversorgung, intelligente Mobilitätsdienste und Logistik, die Lebensqualität und Zugänglichkeit der Städte, die öffentliche Gesundheit, komfortables, erschwingliches emissionsfreies Wohnen sowie die Nutzung relevanter europäischer Technologien und Kenntnisse (nähere Informationen unten).
3. Erleichterung des Wandels zu einer klimaneutralen Gesellschaft im Einklang mit den EU-Klimazielen für 2050 durch eine effektivere Einbindung und Befähigung der Bürger zur Beteiligung am Übergang, von der Planung über die Entscheidungsfindung bis hin zur Umsetzung (nähere Informationen unten).
4. Förderung der Entwicklung neuer Technologien mit hohem Potenzial zur Ermöglichung von Null-Treibhausgas- und negativen Emissionen in den Bereichen Energie und Verkehr (ausführlichere Informationen unten).

Eine wettbewerbsfähige und nachhaltige europäische Batterie-Wertschöpfungskette

Batterien werden die Einführung emissionsfreier Mobilität und die Speicherung erneuerbarer Energien ermöglichen. Sie tragen zum europäischen Green Deal bei und unterstützen die UN-SDGs, indem sie einen dynamischen, verantwortungsvollen und nachhaltigen Markt schaffen. Neben der Klimaneutralität tragen Batterien auch direkt und indirekt zu anderen UN-SDGs bei, wie z. B. der Ermöglichung von dezentralen und netzfernen Energielösungen.

Der strategische Weg ist einerseits, dass Europa schnell seine technologische Wettbewerbsfähigkeit wiedererlangt, um einen signifikanten Marktanteil des neuen und schnell wachsenden Marktes für wiederaufladbare Batterien zu erobern, und andererseits, dass es in die längerfristige Erforschung zukünftiger Batterietechnologien investiert, um die langfristige technologische Führung und industrielle Wettbewerbsfähigkeit Europas zu etablieren

Die Partnerschaft "Auf dem Weg zu einer wettbewerbsfähigen europäischen industriellen Batteriewertschöpfungskette für stationäre Anwendungen und E-Mobilität", zu der alle batteriebezogenen Themen im Rahmen dieser Destination beitragen werden, zielt darauf ab, eine weltweit führende nachhaltige und zirkuläre europäische Batteriewertschöpfungskette zu etablieren, um den Wandel zu einer kohlenstoffneutralen Gesellschaft voranzutreiben.

Die wichtigsten Auswirkungen, die durch Themen, die auf die Batterie-Wertschöpfungskette unter dieser Destination abzielen, erzielt werden sollen, sind:

• Erhöhte globale Wettbewerbsfähigkeit des europäischen Batterie-Ökosystems durch generiertes Wissen und Spitzentechnologien in den Bereichen Batteriematerialien, Zelldesign, Herstellung und Recycling;
• Beschleunigtes Wachstum einer innovativen, wettbewerbsfähigen und nachhaltigen Batterieproduktionsindustrie in Europa;
• Beschleunigte Einführung von elektrifizierter Mobilität durch erhöhte Attraktivität für Bürger und Unternehmen, durch niedrigere Preise, bessere Leistung und Sicherheit, zuverlässigen Betrieb von E-Fahrzeugen. Erhöhte Netzflexibilität, erhöhter Anteil der Integration erneuerbarer Energien und erleichterter Eigenverbrauch und Teilnahme an Energiemärkten durch Bürger und Unternehmen;
• Erhöhte Gesamtnachhaltigkeit und verbesserte Ökobilanz jedes Segments der Batterie-Wertschöpfungskette. Entwicklung und Etablierung innovativer Recycling-Netzwerke und -Technologien und in Übereinstimmung mit dem Europäischen Aktionsplan für Kreislaufwirtschaft vom März 2020, beschleunigte Einführung von Kreislaufdesigns und ganzheitlichem Kreislaufansatz für geförderte Innovationen;
• Erhöhte Nutzung und Zuverlässigkeit von Batterien durch Demonstration innovativer Anwendungsfälle der Batterieintegration in stationäre Energiespeicher und Fahrzeuge/Schiffe/Flugzeuge (in Zusammenarbeit mit anderen Partnerschaften).

Gemeinden und Städte

Dieses Arbeitsprogramm enthält nur einige wenige Aktivitäten. Der Großteil der Aktivitäten, die sich auf Gemeinden und Städte beziehen, wird im Laufe des Jahres 2021 als Aktualisierung des Horizon Europe Arbeitsprogramms 2021 eingeführt, sobald die Vorbereitungsphase der Horizon Europe Missionen abgeschlossen ist.

Aufkommende bahnbrechende Technologien und Klimalösungen

Obwohl der Beitrag einer breiten Palette von Technologien zur Erreichung der Klimaneutralität bereits absehbar ist, sollte die EU-F&I-Programmierung auch Raum für neu entstehende und bahnbrechende Technologien mit einem hohen Potenzial zur Erreichung der Klimaneutralität lassen. Diese Technologien können eine wichtige Rolle bei der Erreichung des Ziels der EU spielen, bis 2050 klimaneutral zu werden.

Relevante Themen, die im Rahmen dieses Ziels unterstützt werden, überschneiden sich nicht mit Aktivitäten, die im Rahmen von Säule I oder III unterstützt werden, sondern konzentrieren sich auf neu entstehende Technologien, die den Übergang zum Klima ermöglichen können, und verfolgen gleichzeitig einen technologieneutralen Bottom-up-Ansatz und die Unterstützung von Schlüsseltechnologien, die das Erreichen der Klimaneutralität unterstützen sollen. Die Forschung in diesem Bereich ist überwiegend technologischer Natur, sollte aber gegebenenfalls auch von Bewertungen der Umweltauswirkungen, der sozialen und wirtschaftlichen Auswirkungen und des möglichen Regelungsbedarfs sowie von Maßnahmen zur Unterstützung der Schaffung von Wertschöpfungsketten und zum Aufbau neuer Ökosysteme von Akteuren, die an bahnbrechenden Technologien arbeiten, begleitet werden.

Die wichtigsten erwarteten Auswirkungen, die durch Themen, die auf bahnbrechende Technologien und Klimalösungen abzielen, im Rahmen dieses Ziels erzeugt werden, sind

• Entstehung von unvorhergesehenen Technologien, die neue Null-Treibhausgas- und negative Emissionen in den Bereichen Energie und Transport ermöglichen;
• Entwicklung von Technologien mit hohem Risiko und hohem Ertrag, um den Übergang zu einer treibhausgasneutralen europäischen Wirtschaft zu ermöglichen;

Einbindung von Bürger*innen und Interessenvertreter*innen

Der Übergang zu klimaneutralen Volkswirtschaften und Gesellschaften bis 2050 ist die entscheidende Herausforderung dieses Jahrhunderts. Die Herausforderung ist nicht nur technischer Natur: Sie erfordert weitreichende gesellschaftliche Veränderungen und die Anpassung von Lebensstilen und Verhaltensweisen. Die Einbindung von Bürgern und Stakeholdern ist daher entscheidend für den Erfolg des Europäischen Green Deals, ebenso wie der verstärkte Rückgriff auf die Sozial- und Geisteswissenschaften (SSH) neben den naturwissenschaftlichen, technischen, ingenieurwissenschaftlichen und mathematischen (STEM) Disziplinen.

Die Themen dieses Abschnitts stehen nicht für sich allein, sondern zielen darauf ab, die breitere Integration ("Mainstreaming") von Bürger*innen- und Stakeholder-Engagement sowie der Sozial- und Geisteswissenschaften (SSH) über die gesamte Horizon Europe-Programmkarte und insbesondere Cluster 5 zu ergänzen und zu unterstützen.

Die wichtigsten erwarteten Auswirkungen von Themen, die auf Bürger*innen- und Stakeholder-Engagement im Rahmen dieser Destination abzielen, sind:

• Ein besseres Verständnis der gesellschaftlichen Auswirkungen des Klimawandels, einschließlich seiner Verteilungsfolgen;
• Effektivere politische Interventionen, die gemeinsam mit den Zielgruppen entwickelt werden und auf qualitativ hochwertiger Politikberatung aufbauen;
• Größere gesellschaftliche Unterstützung für Übergangspolitiken und -programme, basierend auf einer größeren und konsequenteren Einbeziehung der am meisten Betroffenen.

Erwartetes Ergebnis

Der Stand der Technik bei experimentellen und rechnerischen Verfahren zur Charakterisierung von Batteriematerialien und Grenzflächen zielt auf die Skala der Atome und Ionen ab. Aufgrund der Komplexität der Grenzflächenbildung und -entwicklung in Abhängigkeit von Zeit, Temperatur, Batteriezyklusbedingungen und der chemischen Zusammensetzung der Elektrolyte, die aus verschiedenen Salzen, Additiven und flüssigen Lösungsmitteln und/oder festen Bestandteilen bestehen, ist die Entwicklung neuer und aufkommender Batterietechnologien noch immer durch mangelndes Verständnis behindert. Auf Prozessebene sind die Zeit- und Längenskala der Elektronenübertragungsreaktionen noch fast völlig unerforscht.

Die Grenzen der derzeitigen In-situ-Analysetechniken müssen unbedingt erweitert werden, um die Forschung an nachhaltigen Materialien effizienter zu gestalten und umweltfreundlichere Li-Ionen- sowie künftige Batteriechemien zu entwickeln. Verbesserungen der Analysetechniken, die es ermöglichen würden, die Bewegung von Grenzflächenreaktionen auf molekularer Ebene bis hin zur Rolle der Elektronen auf der Nanoskala und Sub-Nanoskala in relevanten Zeiträumen und an relevanten Systemen und Grenzflächen zu verfolgen, werden große Auswirkungen über den reinen Batteriebereich hinaus haben und dem gesamten Bereich der Elektrochemie, einschließlich der Elektrokatalyse und anderen, zugute kommen. Es wird dazu beitragen, eine neue Ära für die Erforschung des Transports an Grenzflächen zu eröffnen, der für jeden Elektrochemiker eine der größten Herausforderungen der Forschung darstellt. Für Forscher, die neue Speicherkonzepte erforschen und neue Grenzflächen entwickeln, wird es auch Aufschluss darüber geben, wie die Bewegung und die Redoxprozesse von Atomen kontrolliert werden können. Es kann zu einer besseren Kontrolle der elektronischen Verdrahtung von Elektroden und zu einem tieferen Verständnis der Umverteilung elektronischer Ladung während Redoxprozessen führen.

Es wird erwartet, dass die Projektergebnisse zu allen der folgenden erwarteten Ergebnisse beitragen werden:

• Neue Methoden zur Untersuchung von Elektroden/Elektrolyt-Grenzflächen für Elektrolyte und Batterien auf Flüssigkeitsbasis sowie zur Untersuchung von Festkörper- und vergrabenen Grenzflächen.
• Modelle zur Erklärung der Degradation von Batterieschichten.
• Vertieftes Verständnis der Entstehung und Entwicklung von Batterieschnittstellen, das zu neuen Erkenntnissen darüber führt, wie die Lebensdauer und Sicherheit neuer und neu entstehender Batterietechnologien erhöht werden kann, und somit zur langfristigen Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Batterieindustrie beiträgt.

Umfang:

Mit diesem Thema soll die Entwicklung neuartiger experimenteller und rechnerischer Techniken unterstützt werden, die auf die Zeit- und Längenskalen von Grenzflächenreaktionen in einer Batteriezelle abzielen, einschließlich Elektronen- und Ionenlokalisierung, Mobilität und Transferreaktionen.

Dies zielt auf die Entwicklung neuartiger analytischer Verfahren ab, die durch Modellierung und Simulation unterstützt werden und in der Lage sind, die Dynamik von Grenzflächen, Elektronen und Ionen in Batteriematerialien und Batteriezellen zu verfolgen, sowie auf die sorgfältige Auswahl kontrollierter Modellsysteme zur Umsetzung dieser neuartigen Verfahren.

Zu den experimentellen Instrumenten gehören u. a. Operations-Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM), Elektronen-Paramagnetische-Resonanz (EPR), Operations-Photoelektronenspektroskopie bei Umgebungsdruck, Operations-Röntgenstreutechniken, NMR, weiche Röntgenspektroskopie mit RIXS, Neutronenspektroskopie, ultraschnelle spektroskopische Methoden sowie Einrichtungen für Freie-Elektronen-Laser (FEL). Andere Synchrotron- und Neutronenstreuungs- und Ionenstrahltechniken, die zu einem neuen Verständnis von Grenzflächen führen, können ebenfalls vorgeschlagen und eingesetzt werden. Ziel ist es, Ratschläge zu erteilen und neue Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie die Lebensdauer und Sicherheit neu entstehender Technologien erhöht werden kann.

Aufbauend auf BATTERIE 2030+: Dieses Thema der Aufforderung zielt darauf ab, das grundlegende Verständnis von Prozessen in Batterien auf ein Niveau zu heben, das die Entwicklung stabilerer, an den jeweiligen Zweck angepasster chemischer Systeme beschleunigen wird. Der Vorschlag sollte auch den Beitrag und die Zusammenarbeit zur groß angelegten Initiative BATTERY 2030+ abdecken.

Mit diesem Thema wird die ko-programmierte Europäische Partnerschaft "Auf dem Weg zu einer wettbewerbsfähigen europäischen industriellen Batterie-Wertschöpfungskette für stationäre Anwendungen und Elektromobilität" umgesetzt.

förderfähige Nicht-EU-Länder:

• mit Horizont Europa assoziierte Länder

• Länder mit niedrigem und mittlerem Einkommen

Rechtspersonen, die ihren Sitz in Ländern haben, die oben nicht aufgeführt sind, können eine Förderung erhalten, wenn dies in den besonderen Bedingungen der Aufforderung vorgesehen ist oder wenn ihre Teilnahme von der Bewilligungsbehörde als wesentlich für die Durchführung der Maßnahme angesehen wird.

Sonderfälle:

• Verbundene Einrichtungen - Verbundene Einrichtungen sind förderfähig, wenn sie ihren Sitz in einem der oben genannten Länder haben.
• EU-Einrichtungen - Rechtspersonen, die nach EU-Recht gegründet wurden, können ebenfalls förderfähig sein, sofern ihr Basisrechtsakt nichts anderes vorsieht.
• Internationale Organisationen - Internationale europäische Forschungsorganisationen sind förderfähig. Andere internationale Organisationen sind nicht förderfähig, es sei denn, ihre Beteiligung wird von der Bewilligungsbehörde als wesentlich für die Durchführung der Maßnahme angesehen. Internationale Organisationen mit Sitz in einem Mitgliedstaat oder einem assoziierten Land können eine Förderung für "Ausbildungs- und Mobilitätsmaßnahmen" erhalten, wenn dies in den besonderen Bedingungen der Aufforderung vorgesehen ist.

Sofern in den besonderen Bedingungen für die Aufforderung zur Einreichung von Vorschlägen nichts anderes vorgesehen ist, sind Rechtspersonen, die ein Konsortium bilden, zur Teilnahme an den Maßnahmen berechtigt, sofern das Konsortium Folgendes umfasst

• mindestens eine unabhängige Rechtsperson mit Sitz in einem Mitgliedstaat; und
• mindestens zwei weitere unabhängige Rechtspersonen, die jeweils in verschiedenen Mitgliedstaaten oder assoziierten Ländern ansässig sind.