Fraunhofer ISE steigert Energiedichte von Batteriezellen

(15.09.2026) Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat gemeinsam mit Partnern aus Forschung und Industrie eine neue Elektrodenarchitektur für Batteriezellen entwickelt. Durch eine mehr als dreifach erhöhte Beschichtungsdicke und die damit verbundene Reduzierung der Stromableiter soll bei gleichem Gewicht 10 bis 15 % mehr Energie gespeichert werden können.

Dickere Elektroden, weniger Stromableiter

Bei herkömmlichen Batteriezellen wechseln sich dünne Elektrodenbeschichtungen und Stromableiter in vielen Schichten ab. Die neue Architektur ermöglicht Beschichtungsdicken von bis zu 800 μm statt bislang etwa 100 bis 200 μm.

„Normalerweise bestehen die Anode und Kathode – die beiden Elektroden einer Batteriezelle – aus sehr vielen dünnen Schichten Elektrodenbeschichtung und Stromableitern im Wechsel”, erläutert Dr. Oliver Fitz, Gruppenleiter für Batteriezelltechnologie am Fraunhofer ISE. „Wir haben es geschafft, die Dicke der Elektrodenbeschichtung von den bisher üblichen 100 bis 200 μm auf bis zu 800 μm anzuheben und damit die Anzahl der benötigten Stromableiter deutlich zu senken. Im Resultat haben wir sehr viel mehr Platz für aktives Material und dadurch steigt die Energiedichte je nach Batterietyp und -auslegung um 10 - 15 %.”

Das Konzept wurde zunächst an kleinen Laborzellen für Lithium-, Natrium- und Zink-Ionen-Batterien untersucht. Für Lithium-Ionen-Batterien wurden zusätzlich industrienahe Pouch-Zellen auf einer semi-automatisierten Fertigungslinie hergestellt. „Das Zellkonzept ist auch auf weitere Zellchemien leicht übertragbar”, ergänzt Oliver Fitz.

PFAS-freie Elektroden und vereinfachte Fertigung

Die Elektroden kommen ohne PFAS und giftige Lösungsmittel aus. Bei der Entwicklung sollte zudem eine spätere Serienfertigung berücksichtigt werden. Eine mögliche Fertigungslinie soll im Vergleich zu konventionellen Nassbeschichtungsanlagen eine geringere Prozesskomplexität sowie einen niedrigeren Flächen- und Energiebedarf aufweisen. Damit könnten sich sowohl Investitions- als auch Betriebskosten reduzieren. Nach Angaben des Fraunhofer ISE eröffnet dies insbesondere KMU Perspektiven für eine eigene Batteriezellfertigung in Deutschland.

Partner arbeiten an Industrialisierung

Die Helmut Hechinger GmbH & Co. KG begleitet das Forschungskonsortium als Industriepartner. Der Maschinenbauer Acp Systems AG entwickelt die Anlagen zur Elektrodenherstellung.

„Als klassischer Automobilzulieferer gestartet, diversifizieren wir schon lange in Zukunftsmärkte, -produkte und -branchen”, erklärt Markus Duffner, CEO bei Hechinger. „Beispielsweise machen wir bereits über 30 % unseres Umsatzes im Bereich der E-Mobilität. Zeigen die weiteren Skalierungsschritte und Validierungen eine kosten- wie performancetechnisch vielversprechende Perspektive, könnten wir die Industrialisierung prüfen. Für eine Batteriefertigung mit dem Fokus stationäre Speicher sehen wir in Baden-Württemberg großes Potenzial.”

Entwicklung in mehreren Forschungsprojekten

Die Elektroden- und Zellarchitektur wurde in den Projekten Voran, Infab und WinZIB2 entwickelt. Beteiligt waren neben acp systems und Helmut Hechinger die Universität Stuttgart und das Karlsruher Institut für Technologie/Helmholtz-Institut Ulm.

„In einem klimaneutralen Energiesystem mit den fluktuierenden Energiequellen Solar und Wind sind stationäre Batteriespeicher integraler Bestandteil, um die morgen- und abendlichen Stromspitzen abzudecken”, sagt Prof. Dr. Andreas Bett, Institutsleiter am Fraunhofer ISE. „In Kalifornien beispielsweise liefern Batteriespeicher abends bereits weitgehend den Strom. Deutschland täte gut daran, Fertigungskapazitäten für den wachsenden Batterie-Bedarf und damit Wertschöpfung im Land aufzubauen. Wenn wir dazu beitragen können, freut uns das sehr.”

„Die Technologie ist das Ergebnis langjähriger Forschungsarbeit am Fraunhofer ISE. Dass wir diesen Entwicklungsschritt erreichen konnten, verdanken wir auch der Förderung durch BMWE, BMFTR und das Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg sowie der vertrauensvollen Zusammenarbeit mit unseren Partnern”, sagt Dr.- Ing. Daniel Biro, Abteilungsleiter elektrische Energiespeicher am Fraunhofer ISE.