Dickere Elektroden: Wie Batteriezellen mehr Energie speichern

Mehr Energie in derselben Batteriezelle – ohne neue Zellchemie, sondern allein durch einen anderen inneren Aufbau. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg hat Elektroden entwickelt, die bis zu viermal dicker sind als üblich, und damit die Energiedichte von Batteriezellen um 10 bis 15 Prozent gesteigert. Wir erklären, wie das physikalisch funktioniert, wo der Haken liegt und was das langfristig für Heimspeicher bedeuten kann.

Worum es geht

Am 9. September 2026 hat das Fraunhofer ISE Ergebnisse aus mehreren öffentlich geförderten Forschungsprojekten vorgestellt. Der Kern: Die Forschenden haben die Beschichtung der Batterieelektroden von den bisher üblichen 100 bis 200 Mikrometern (tausendstel Millimeter) auf bis zu 800 Mikrometer erhöht. Dadurch braucht eine Zelle deutlich weniger sogenannte Stromableiter – dünne Metallfolien, die selbst keine Energie speichern. Der gewonnene Platz steht dem „aktiven“ Material zur Verfügung, das tatsächlich Energie aufnimmt. Nach Angaben des Instituts speichern die Zellen so je nach Batterietyp und Auslegung 10 bis 15 Prozent mehr Energie bei gleichem Gewicht.

Bemerkenswert ist die Breite des Ansatzes: Das Team hat das Konzept zunächst an kleinen Laborzellen für drei verschiedene Zellchemien erprobt – Lithium-Ionen, Natrium-Ionen und Zink-Ionen. Für Lithium-Ionen entstanden zusätzlich Prototypen von Pouch-Zellen (flache Zellen in einer Folienhülle) auf einer halbautomatischen Fertigungslinie im Trockenraum des Instituts; eine davon hat laut Fraunhofer ISE eine Kapazität von 4,5 Amperestunden.

Wichtig zur Einordnung: Es handelt sich um eine Pressemitteilung eines Forschungsinstituts, nicht um eine begutachtete Fachveröffentlichung (Peer-Review). Die Ergebnisse stammen aus Laborzellen und industrienah gefertigten Prototypen – nicht aus Serienprodukten.

Wie eine Batteriezelle innen aufgebaut ist

Um zu verstehen, warum dickere Elektroden mehr Energie bringen, lohnt ein Blick ins Innere. Jede Batteriezelle besteht aus zwei Elektroden – der Anode (Minuspol) und der Kathode (Pluspol) –, dazwischen einem Separator und einer Flüssigkeit, dem Elektrolyten.

• Aktivmaterial: Winzige Partikel, in die beim Laden und Entladen Ionen (elektrisch geladene Atome, etwa Lithium- oder Natrium-Ionen) ein- und auswandern. Nur hier wird Energie gespeichert. Bei den heute verbreiteten Lithium-Eisenphosphat-Zellen (LFP) steckt das namensgebende Eisenphosphat in der Kathode, die Anode besteht meist aus Graphit.
• Stromableiter: Hauchdünne Metallfolien – bei Lithium-Ionen-Zellen Aluminium auf der Kathoden- und Kupfer auf der Anodenseite. Auf sie wird das Aktivmaterial beidseitig aufgetragen. Sie leiten die Elektronen nach außen zu den Polen der Zelle.
• Separator: Eine poröse Kunststoffschicht, die Anode und Kathode elektrisch trennt, Ionen aber durchlässt.
• Elektrolyt: Füllt die Poren der Elektroden und des Separators und transportiert die Ionen zwischen den Polen.

Weil eine einzelne Schicht nur wenig Energie fasst, werden in einer Zelle viele solcher Lagen gestapelt oder gewickelt. Das Problem: Stromableiter und Separatoren wiegen etwas und nehmen Platz ein, speichern aber selbst keine Energie. Je dünner die Elektrodenschichten, desto mehr Lagen – und desto größer der Anteil dieses „passiven“ Materials.

Warum dicke Elektroden schwierig sind

Wenn dickere Schichten so einfach mehr Energie bringen – warum baut man sie nicht längst so? Weil die Physik einen Preis verlangt. Die Forschung zu sogenannten Dickschicht-Elektroden beschäftigt Fachleute weltweit seit Jahren; ein vielzitierter Übersichtsartikel in der begutachteten Fachzeitschrift Advanced Energy Materials (Kuang et al., 2019) beschreibt die wesentlichen Hürden.

1. Längere Wege für die Ionen

Beim Laden und Entladen müssen die Ionen durch den Elektrolyten in den Poren der Elektrode bis zu den Aktivmaterial-Partikeln wandern. Diese Poren verlaufen nicht gerade, sondern verwinkelt – Fachleute sprechen von der Tortuosität (Gewundenheit) der Porenstruktur. Je dicker die Schicht, desto länger und verschlungener der Weg bis in die hinteren Bereiche nahe der Ableiterfolie.

Bei kleinen Strömen ist das kein Problem: Die Ionen haben genug Zeit, auch die tiefen Schichten zu erreichen. Bei hohen Strömen aber bildet sich im Elektrolyten ein Konzentrationsgefälle. Die vorderen Bereiche nahe dem Separator arbeiten, die hinteren werden nur noch teilweise genutzt. Die Folge: Die Zelle liefert bei hoher Belastung weniger nutzbare Energie, und ihre Spannung bricht stärker ein.

2. Elektronen brauchen ebenfalls einen Weg

Auch die Elektronen müssen vom Aktivmaterial zur Ableiterfolie gelangen. Bei dicken Schichten ist dieser Weg länger, der elektrische Widerstand steigt. Deshalb spielen leitfähige Zusätze und ein gut durchdachtes Gefüge der Elektrode eine größere Rolle.

3. Herausforderung in der Fertigung

Heute werden Elektroden meist als nasse Paste auf die Folie aufgetragen und anschließend getrocknet. Bei sehr dicken Schichten kann das schwierig werden: Die Trocknung dauert länger, es können Risse entstehen, oder die Schicht löst sich von der Folie. Außerdem kann sich das Bindemittel beim Trocknen ungleichmäßig verteilen. Das Fraunhofer ISE gibt an, dass seine neuen Elektroden PFAS-frei sind (PFAS sind langlebige, umweltbelastende Fluorchemikalien, die als Bindemittel verbreitet sind) und ohne giftige Lösungsmittel gefertigt werden. Eine mögliche Fertigungslinie sei deutlich weniger komplex als eine heutige Nassbeschichtungsanlage, was Investitions- und Betriebskosten senken könne. Konkrete Vergleichszahlen dazu nennt das Institut allerdings nicht.

Was noch offen ist

Die Pressemitteilung nennt die Steigerung der Energiedichte, aber mehrere für die Praxis wichtige Kennwerte nicht. Darauf weist auch die Fachpresse hin. Offen sind unter anderem:

• wie sich die Zellen bei hohen Lade- und Entladeströmen verhalten,
• wie hoch der Innenwiderstand ist,
• wie viele Lade- und Entladezyklen die Zellen überstehen (Zyklenfestigkeit) und wie viel Kapazität sie dabei behalten,
• ab wann und in welchem Maßstab eine Serienfertigung möglich wäre.

Das Fraunhofer ISE selbst spricht von einem „vielversprechenden Ansatz für eine perspektivische Industrialisierung“. Industriepartner aus dem Projekt wollen eine Serienfertigung erst prüfen, wenn weitere Skalierungsschritte und Tests gute Ergebnisse bei Kosten und Leistung zeigen. Einen Zeitplan gibt es nicht.

Klassischer und neuer Aufbau im Vergleich

Warum das gerade für stationäre Speicher interessant sein kann

Der Zielkonflikt zwischen Energie und Belastbarkeit wiegt nicht überall gleich schwer. Ein Elektroauto, das an der Schnellladesäule in kurzer Zeit viel Energie aufnehmen soll, fordert der Zelle hohe Ströme ab. Ein Heimspeicher hingegen wird in der Regel eher gemächlich be- und entladen: tagsüber mit dem Solarüberschuss, abends und nachts mit dem Verbrauch des Haushalts.

Fachleute beschreiben die Belastung mit der sogenannten C-Rate: Eine C-Rate von 1 bedeutet, dass die Batterie in einer Stunde vollständig geladen oder entladen wird, eine C-Rate von 0,5 entspricht zwei Stunden. Stationäre Speicher arbeiten häufig im Bereich moderater C-Raten – genau dort, wo die Nachteile dicker Elektroden weniger ins Gewicht fallen. Hinzu kommt: Beim Heimspeicher zählt das Gewicht weniger als im Auto, dafür aber Kosten pro Kilowattstunde und Lebensdauer. Weniger Folien und Separatorlagen je gespeicherter Kilowattstunde und eine einfachere Fertigung könnten hier langfristig helfen – vorausgesetzt, die Zellen erweisen sich als ebenso langlebig.

Passend dazu zielen zwei der zugrunde liegenden Projekte ausdrücklich auf stationäre Speicher: Im Projekt „VORAN“ (Laufzeit bis Juni 2027) geht es um Natrium-Ionen-Batterien für stationäre und mobile Anwendungen, in „INFAB“ um Zink-Ionen-Batterien für die stationäre Energiespeicherung. Beide Zellchemien kommen ohne das vergleichsweise knappe Lithium aus. Gefördert wurde die Forschung vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) und dem Bundesforschungsministerium.

Institutsleiter Prof. Andreas Bett betont in der Mitteilung die Rolle von Batteriespeichern, um in einem Energiesystem mit viel Solar- und Windstrom die Verbrauchsspitzen am Morgen und Abend abzudecken – und wirbt für den Aufbau eigener Zellfertigung in Deutschland.

Was bedeutet das für Sie?

• Kein Grund zu warten: Die Dickschicht-Elektroden sind ein Forschungsergebnis. Bis daraus Heimspeicher im Handel werden, dürften nach unserer Einschätzung mehrere Jahre vergehen – falls sich der Ansatz überhaupt in der Serie durchsetzt. Wer heute eine PV-Anlage mit Speicher plant, profitiert sofort vom höheren Eigenverbrauch.
• Energiedichte ist beim Heimspeicher nicht das wichtigste Kriterium: Ob ein Speicher im Keller ein paar Kilogramm mehr oder weniger wiegt, ist meist nebensächlich. Entscheidender sind Sicherheit, Lebensdauer, nutzbare Kapazität und das Zusammenspiel mit dem Wechselrichter.
• Bewährte Zellchemie: Heutige Heimspeicher setzen überwiegend auf Lithium-Eisenphosphat (LFP). Die SolaX-Hochvoltspeicher, die wir verbauen, nutzen LFP-Zellen; SolaX gibt mehr als 6.000 Zyklen an und gewährt 10 Jahre Garantie auf mindestens 70 Prozent Restkapazität.
• Modular planen: Viele moderne Speicher lassen sich um weitere Module erweitern. Das hält Ihnen die Möglichkeit offen, später zu vergrößern – etwa wenn ein E-Auto oder eine Wärmepumpe dazukommt.
• Forschung beobachten: Natrium-Ionen-Zellen und neue Zellarchitekturen könnten Speicher mittelfristig günstiger und rohstoffschonender machen. Wir halten Sie hier im Blog auf dem Laufenden.

Sie möchten wissen, welche Speichergröße zu Ihrem Haushalt passt? Wir werten gern Ihren Verbrauch aus – hier können Sie ein unverbindliches Angebot anfordern.

Quellen

• „Mehr Energie bei gleichem Gewicht: Fraunhofer ISE optimiert Batteriezellen“, Presseinformation #25, Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, 9. September 2026: ise.fraunhofer.de
• „Fraunhofer ISE erhöht Energiedichte von Batteriezellen“, Solarserver, 9. September 2026: solarserver.de
• „Fraunhofer ISE erhöht Energiedichte von Batteriezellen“, electrive.net, 10. September 2026: electrive.net
• „15 % mehr Energie ohne neue Zellchemie: Fraunhofer ISE verändert den Batterieaufbau“, ingenieur.de, September 2026: ingenieur.de
• Kuang, Y. et al.: „Thick Electrode Batteries: Principles, Opportunities, and Challenges“, Advanced Energy Materials 9 (2019), 1901457 (peer-reviewed): doi.org/10.1002/aenm.201901457
• SolaX-Batteriespeicher, Technikseite PVPOWER.ME: pvpower.me/solax-batteriespeicher