Forschende am Fraunhofer-Institut streben danach, das Potenzial von Lithium-Metall-Anoden zu erschließen.
Forscher von zwei Fraunhofer-Instituten untersuchen neue Ansätze, um die Leistung und Lebensdauer von Batteriesystemen zu verbessern. Eine Idee besteht darin, Lithium selbst als aktives Anodenmaterial in Lithium-Metall-Anoden zu verwenden, um so eine höhere spezifische Kapazität der Batteriezellen zu erreichen.
Der Standort des Fraunhofer IST in Braunschweig.
Bild: Fraunhofer IST
Das Fraunhofer-Institut für Oberflächen- und Schichttechnik IST arbeitet gemeinsam mit dem Fraunhofer USA Center Midwest am LIMAC-Projekt, das sich auf „amorphe Kohlenstoffschichten für zuverlässige Lithium-Metall-Batteriezellen“ bezieht. Das Projekt läuft seit September 2025 und soll voraussichtlich bis August 2028 andauern.
Im Rahmen von LIMAC erforschen die Wissenschaftler neue Ansätze, um Batterien weiter zu verbessern, wobei sie sich insbesondere auf Lithium-Metall-Anoden konzentrieren. Das Team sieht hier ungenutztes Potenzial für die Entwicklung langlebigerer Batteriezellen, insbesondere was die Schnittstelle zwischen der Lithium-Metall-Anode und dem (festen) Elektrolyten betrifft. Laut den Forschern ist die Stabilität dieser Schnittstelle entscheidend, um zuverlässigere und langlebigere Batteriezellen zu erzielen.
Zur Stabilisierung dieser Schnittstelle führen die Fraunhofer-Experten dünne amorphe Kohlenstoffschichten ein. In einem ersten Schritt werden diese Schichten mithilfe eines innovativen Laser-Arc PVD-Verfahrens auf Kupferstromkollektoren aufgetragen. „Die beschichteten Materialien werden anschließend in Batteriezellen getestet und mit Referenzzellen verglichen“, erklären die Forscher. Ziel ist es, herauszufinden, welche Eigenschaften der Zwischenschichten entscheidend sind, um innerhalb der Batteriezelle die stabileste Schnittstelle zu erreichen. Es ist klar, dass der Stabilisator dazu dienen soll, das im Zellinneren enthaltene Lithium selbst als aktives Anodenmaterial nutzen zu können.
Neben der technischen Leistung untersucht das Projekt auch die ökologische Perspektive sowie die zukünftige Übertragbarkeit auf größere Zellformate. „Einerseits wird eine Lebenszyklusanalyse (LCA) eingesetzt, um relevante Material- und Energieflüsse sowie die Umweltauswirkungen des Ansatzes zu prüfen; andererseits wird gleichzeitig ein Konzept zur Skalierung der Technologie auf größere Pouch-Zellen entwickelt“, erklärt das Team. Auf diese Weise verbindet das Projekt die Materialentwicklung und Zellforschung mit einer ökologischen Bewertung sowie ersten Überlegungen zur zukünftigen Skalierung.
Der potenzielle Mehrwert für Hersteller ist klar: Leistungsstärkere und langlebigere Lithium-Metall-Batterien könnten das Gewicht von Elektrofahrzeugen verringern, während gleichzeitig hohe Energiedichten erhalten bleiben. Allerdings befindet sich LIMAC noch in der Phase der Grundlagenforschung.