Fraunhofer-Forscher wollen Potenziale von Lithium-Metall-Anoden heben
Wissenschaftler aus zwei Fraunhofer-Instituten erforschen neue Ansätze, um die Leistung und Lebensdauer von Batteriesystemen zu verbessern. Ein Idee ist, bei Lithium-Metall-Anoden das Lithium selbst als aktives Anodenmaterial zu nutzen, um so auf eine höhere spezifische Kapazität der Batteriezellen zu kommen.
Der Standort des Fraunhofer IST in Braunschweig.
Bild: Fraunhofer IST
Das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST kooperiert mit dem Fraunhofer USA Center Midwest im Projekt LIMAC, in Langform: „Amorphous Carbon Interlayers for Reliable Lithium-Metal Battery Cells“, übersetzt etwa: „„Amorphe Kohlenstoff-Zwischenschichten für zuverlässige Lithium-Metall-Batteriezellen“. Das Projekt läuft seit September 2026 und voraussichtlich bis August 2028.
Im Zuge von LIMAC erforschen die Wissenschaftler neue Herangehensweisen, um Batterien weiter zu verbessern. Einen besonderen Fokus legen sie dabei auf Lithium-Metall-Anoden. Hier sieht das Team noch Potenziale, die sich für langlebigere Batteriezellen erschließen lassen. Vor allem mit Blick auf die Grenzfläche zwischen Lithium-Metall-Anode und (Fest-)Elektrolyt. Deren Stabilität ist den Forschern zufolge essenziell, um zuverlässigere und langlebigere Batteriezellen zu erhalten.
Als Stabilisator für die Grenzfläche bringen die Fraunhofer-Experten nun dünne amorphe Kohlenstoffschichten ins Spiel, die in einem ersten Schritt mithilfe eines innovativen Laser-Arc-PVD-Verfahrens auf Kupfer-Stromableiter abgeschieden werden. „Anschließend werden die beschichteten Materialien in Batteriezellen erprobt und mit Referenzzellen verglichen“, schildern die Initiatoren. So soll untersucht werden, welche Eigenschaften der Zwischenschichten für eine möglichst stabile Grenzfläche in der Batteriezelle entscheidend sind. Klar ist dabei: Der Stabilisator soll dazu beitragen, dass das in der Zelle enthaltene Lithium selbst als aktives Anodenmaterial dienen kann.
Neben der technischen Leistungsfähigkeit betrachtet das Projekt auch die ökologische Perspektive und die spätere Übertragbarkeit auf größere Zellformate. „Zum einen sollen mithilfe einer Ökobilanz, dem sogenannten Life Cycle Assessment (LCA), relevante Stoff- und Energieflüsse sowie die Umweltwirkungen des Ansatzes untersucht, zum anderen gleichzeitig ein Konzept für die Übertragung der Technologie auf größere Pouchzellen entwickelt werden“, führt das Team aus. Auf diese Weise verbinde das Projekt Materialentwicklung und Zellforschung mit einer ökologischen Bewertung und ersten Überlegungen zur späteren Skalierung.
Der potenzielle Mehrwert für Hersteller liegt auf der Hand: Leistungsfähigere und langlebigere Lithium-Metall-Batterien könnten das Gewicht von E-Fahrzeugen reduzieren und gleichzeitig hohe Energiedichten vorhalten. Noch handelt es sich bei LIMAC aber um Grundlagenforschung.