Fraunhofer erforscht langlebigere Batterien

26.10.2026

Quelle: E & M powernews
 
Dünne Kohlenstoffschichten sollen Lithium-Metall-Batterien langlebiger machen. Zwei Fraunhofer-Einrichtungen untersuchen den Ansatz bis August 2028.
 
Lithium-Metall-Batterien könnten künftig höhere Energiedichten ermöglichen und damit leistungsfähigere Energiespeicher hervorbringen. Allerdings bleibt es schwierig, die Batteriezellen über längere Zeit zuverlässig zu betreiben. Wie sich vor diesem Hintergrund die Lebensdauer solcher Batterien durch spezielle Beschichtungen verbessern lässt, untersucht das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST) in Braunschweig zusammen mit dem Fraunhofer USA Center Midwest (CMW).

Das gemeinsame Forschungsprojekt trägt den Namen „LIMAC – Amorphous Carbon Interlayers for Reliable Lithium-Metal Battery Cells“. Wie das Fraunhofer IST in einer Mitteilung bekannt gibt, startete es im September dieses Jahres und läuft bis August 2028. Die Förderung erfolgt über das interne Fraunhofer-Programm „PACT“ (Program for Affiliate Cooperation and Knowledge Transfer). Das Programm soll die Zusammenarbeit sowie den Wissens- und Technologietransfer zwischen Fraunhofer-Einrichtungen stärken.

Dünne Schichten sollen Grenzfläche stabilisieren

Lithium-Metall-Batterien gelten als möglicher Ansatz für künftige Energiespeicher mit hoher Energiedichte. Anders als bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien mit Graphit-Anoden dient metallisches Lithium selbst als aktives Material der negativen Elektrode, der Anode. Mit Lithium als Anoden-Material könnten Batterien laut den Forschenden bei gleichem Gewicht mehr Energie speichern als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien.

Nach Angaben des Fraunhofer IST besteht jedoch ein wesentliches Problem darin, die Verbindung zwischen der Lithium-Metall-Anode und dem Elektrolyten dauerhaft stabil zu halten. Der Elektrolyt sorgt dafür, dass sich Lithium-Ionen innerhalb der Batteriezelle bewegen können. Verändert sich die Kontaktfläche zur Anode, kann dies die Funktionsfähigkeit der Batterie beeinträchtigen und ihre Lebensdauer verkürzen.

Im Forschungsprojekt „LIMAC“ untersuchen die Wissenschaftler, ob dünne Zwischenschichten aus amorphem Kohlenstoff die Kontaktfläche zwischen Anode und Elektrolyt stabilisieren können. Bei amorphem Kohlenstoff sind die Atome nicht regelmäßig angeordnet.

Dafür entwickeln die Forscher zunächst dünne Kohlenstoffschichten, die sie mit einem speziellen Verfahren auf Kupfer aufbringen. Anschließend testen sie die beschichteten Materialien in Batteriezellen und vergleichen deren Eigenschaften mit Referenzzellen. So wollen sie herausfinden, welche Eigenschaften der Beschichtung für eine möglichst stabile Kontaktfläche entscheidend sind.

Auch Umweltwirkungen im Blick

Darüber hinaus wollen die Forschenden untersuchen, welche Auswirkungen das Beschichtungsverfahren auf die Umwelt hat. Mithilfe einer Ökobilanz (Life Cycle Assessment − LCA) wollen sie die relevanten Stoff- und Energieflüsse erfassen und die Umweltwirkungen des Verfahrens bewerten.

Ein weiteres Ziel des Projekts ist es, die Technologie für größere Batteriezellen nutzbar zu machen. Während die Forscher ihre Untersuchungen zunächst an kleinen, münzförmigen Knopf-Zellen durchführen, wollen sie auch ein Konzept für sogenannte Pouch-Zellen entwickeln. Dabei handelt es sich um größere Batteriezellen, deren Bestandteile in einer flachen, flexiblen Folienhülle untergebracht sind.

Langfristig könnten Lithium-Metall-Batterien mit höherer Energiedichte unter anderem in Elektrofahrzeugen, in der Luft- und Raumfahrt sowie in stationären Energiespeichern zum Einsatz kommen. Gerade bei Anwendungen, die eine hohe Speicherkapazität bei möglichst geringem Gewicht erfordern, sehen die Forscher Potenzial für die Technologie.

Autorin: Davina Spohn