In fast jeder Lithium-Ionen-Batterie steckt auf der Minusseite eine Kupferfolie mit einer Schicht aus Graphit. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart will beides durch eine einzige Aluminiumfolie ersetzen – und hat dafür nun eine Technik patentiert, die ein altes Problem dieses Konzepts lösen soll. Wir erklären, was dahintersteckt, warum Aluminium als Speichermaterial so schwierig ist und was das für Heimspeicher bedeutet.
Worum geht es?
Am 6. Oktober 2026 hat das Fraunhofer IPA gemeinsam mit dem Institut für Photovoltaik der Universität Stuttgart eine neue Zell- und Elektrodentechnik vorgestellt. Kern ist eine handelsübliche, legierte Aluminiumfolie, die in der Zelle gleich zwei Aufgaben übernimmt: Sie leitet den Strom ab und sie speichert selbst das Lithium. Bisher scheiterte diese Idee daran, dass Aluminium beim Laden und Entladen stark „atmet“ und dabei mechanisch zerfällt. Die patentierte Technik soll das Material stabilisieren und den elektrischen Kontakt in der Elektrode über viele Ladezyklen erhalten.
Laut Institut wurden bereits mehrere Prototypen gebaut, die im Zentrum für Digitalisierte Batteriezellenproduktion (ZDB) des IPA getestet werden. Als erste Einsatzfelder nennt das Institut Sendungsverfolgung in der Luftfracht und spezielle Medizingeräte – Heimspeicher werden in der Mitteilung nicht erwähnt.
So ist eine Lithium-Ionen-Zelle heute aufgebaut
Eine Batteriezelle besteht aus zwei Elektroden, die durch eine dünne, poröse Trennschicht (den Separator) voneinander getrennt sind. Dazwischen und in allen Poren befindet sich der Elektrolyt, eine Flüssigkeit, durch die Lithium-Ionen wandern können. Beim Laden wandern die Ionen zur negativen Elektrode, der Anode, und werden dort eingelagert. Beim Entladen wandern sie zurück zur positiven Elektrode, der Kathode. Die Elektronen nehmen derweil den Weg über den äußeren Stromkreis – also durch Ihren Wechselrichter und Ihre Haushaltsgeräte.
Jede Elektrode besteht aus zwei Teilen: einem Aktivmaterial, das die Lithium-Ionen tatsächlich aufnimmt, und einer Metallfolie als Stromableiter, die den Strom aus der Schicht herausführt. Auf der Kathodenseite ist das eine Aluminiumfolie, auf der Anodenseite eine Kupferfolie, auf die eine Graphitpaste aufgetragen und getrocknet wird.
Warum auf der Minusseite bisher Kupfer sitzt
Hier liegt die eigentliche Pointe: Aluminium ist leichter und viel günstiger als Kupfer. Trotzdem wird es auf der Anodenseite klassischer Zellen nicht verwendet – weil Aluminium bei den niedrigen Spannungen, die dort herrschen, selbst mit Lithium reagiert und eine Legierung bildet. Als reiner Stromableiter wäre es dort also ungeeignet. Das Fraunhofer-Team macht aus dieser Eigenschaft einen Vorteil: Wenn Aluminium ohnehin Lithium aufnimmt, kann die Folie gleich selbst das Speichermaterial sein.
Kurz erklärt: Legierungsanode
Graphit lagert Lithium-Ionen zwischen seinen Kohlenstoffschichten ein, ähnlich wie Blätter in einem Buch – das Gerüst bleibt dabei fast unverändert. Bei einer Legierungsanode dagegen verbindet sich das Lithium chemisch mit dem Metall (hier Aluminium) zu einer neuen Verbindung. Das erlaubt deutlich mehr Lithium pro Gramm, verändert aber die Kristallstruktur – und damit das Volumen. Beim Entladen wird die Legierung wieder aufgelöst, das Material schrumpft.
Das Problem: Aluminium quillt auf – und zerbröselt
Rein rechnerisch ist Aluminium ein sehr attraktives Anodenmaterial. Seine theoretische Kapazität liegt bei rund 993 Milliamperestunden je Gramm (mAh/g), also fast dreimal so hoch wie bei Graphit mit 372 mAh/g. Der Preis dafür: Beim Einlagern von Lithium nimmt das Volumen des Aluminiums um ungefähr 95 Prozent zu, beim Entladen schrumpft es wieder. Graphit dehnt sich dagegen nur um etwa zehn Prozent.
Dieses ständige Aufquellen und Schrumpfen erzeugt mechanische Spannungen. Es entstehen Risse und Poren, Teile der Elektrode verlieren den Kontakt zum Rest, und das Material zerfällt nach und nach zu Pulver. Fachleute sprechen von Pulverisierung. Jedes abgelöste Partikel ist Speicherkapazität, die nicht mehr genutzt werden kann. Frühere Aluminiumanoden waren deshalb oft schon nach wenigen Ladezyklen unbrauchbar.
Ein ähnliches Problem kennt die Forschung von Silizium, das noch mehr Lithium aufnehmen kann, sich aber um rund 300 Prozent ausdehnt. Silizium wird daher heute meist nur in kleinen Anteilen dem Graphit beigemischt. Wie Batterieforscher die Energiedichte auf anderen Wegen steigern, haben wir kürzlich am Beispiel dickerer Elektroden erklärt.
Was die Stuttgarter anders machen
Wie genau die patentierte Stabilisierung funktioniert, beschreibt die Pressemitteilung nicht im Detail. Das Fachportal ingenieur.de verweist auf eine Ende 2025 erschienene Fachveröffentlichung des Teams: Demnach nutzen die Forschenden eine gewalzte, gehärtete Aluminiumlegierung mit kleinen Anteilen Eisen und Silizium, die mit einer Aluminiumsilikat-Schicht überzogen ist. In kleinen Knopfzellen behielt die beste Variante nach 100 Ladezyklen 67 Prozent ihrer Kapazität, unbehandelte hochreine Aluminiumfolie nur 4 Prozent. Diese Originalveröffentlichung konnten wir für diesen Beitrag nicht selbst einsehen; die Zahlen geben wir deshalb so wieder, wie sie berichtet wurden.
Zur Einordnung: 67 Prozent nach 100 Zyklen ist ein großer Fortschritt gegenüber dem Ausgangsmaterial, aber noch weit von dem entfernt, was ein Heimspeicher leisten muss. Heutige Heimspeicher auf Basis von Lithium-Eisenphosphat sind für mehrere Tausend Vollzyklen ausgelegt. Die Forschenden nennen als nächste Schritte unter anderem, die Verluste in den ersten Zyklen zu verringern und von Knopfzellen auf größere Rundzellen zu gehen.
Die passende Kathode: Lithium-Manganoxid
Als Gegenstück schlägt das IPA eine Kathode aus Lithium-Manganoxid (LMO) vor. Mangan ist häufig und günstig, das Material kommt ohne Kobalt, Nickel und Phosphat aus. LMO speichert pro Gramm zwar weniger Lithium als andere Kathoden, doch laut Institut gleicht die kapazitätsstarke Aluminiumanode das teilweise aus, sodass sich eine „konkurrenzfähige Energiedichte“ ergeben soll. Konkrete Werte für die Energiedichte einer fertigen Zelle nennt das Institut nicht. Aus der Literatur bekannt ist, dass LMO-Kathoden vor allem bei höheren Temperaturen zur Alterung neigen – ein Punkt, der sich in Langzeittests erst noch zeigen muss.
Ohne Fluor und PFAS?
Ein weiterer Aspekt betrifft die Sicherheit und Umwelt. In heutigen Zellen stecken fluorhaltige Stoffe, etwa im Bindemittel der Elektroden und im Leitsalz des Elektrolyten. Im Brandfall oder bei Feuchtigkeit kann daraus giftiger Fluorwasserstoff entstehen. Zudem zählen manche dieser Stoffe zu den PFAS, den langlebigen „Ewigkeitschemikalien“, deren Einsatz in der EU zunehmend beschränkt werden soll. Das IPA betont, dass die LMO-Kathode fluorfrei hergestellt werden kann. Eine komplett fluor- und PFAS-freie Zelle wäre aber erst mit einem ebenfalls fluorfreien Elektrolyten möglich – das ist also ein Ziel, kein bereits gezeigtes Ergebnis. Zusätzlich sollen Elektrolyt-Lösungsmittel mit hohem Flammpunkt einen sicheren Betrieb bei höheren Temperaturen erlauben.
Graphit-Anode und Aluminiumfolien-Anode im Vergleich
| Merkmal | Graphit auf Kupferfolie (heute) | Aluminium-Legierungsfolie (Forschung) |
|---|---|---|
| Theoretische Kapazität | 372 mAh/g | ca. 993 mAh/g |
| Volumenänderung beim Laden | ca. 10 % | ca. 95 % |
| Stromableiter | separate Kupferfolie | Folie ist Ableiter und Speichermaterial zugleich |
| Beschichtung und Trocknung | nötig, energieintensiv | entfällt |
| Rohstofffrage | Graphit überwiegend in China verarbeitet | Aluminium breit verfügbar, aber ebenfalls stark in China produziert |
| Zyklenfestigkeit | bewährt, mehrere Tausend Zyklen möglich | im Labor: 67 % nach 100 Zyklen (Knopfzelle, laut Bericht) |
| Reifegrad | Massenproduktion | patentiert, Prototypen im Labortest |
Warum das für die Industrie interessant ist
Der größte Reiz liegt in der Fertigung. Bei klassischen Anoden wird eine Paste aus Graphit, Bindemittel und Lösungsmittel auf Kupferfolie gestrichen und anschließend in langen Trockenöfen getrocknet – einer der energieaufwendigsten Schritte der Zellproduktion. Bei der Aluminiumfolie entfallen Beschichtung und Kupferfolie. Laut IPA sinken dadurch die Prozesskosten und der Energiebedarf der Elektrodenherstellung deutlich; eine konkrete Zahl nennt das Institut nicht. Die Zellchemie ist zudem so ausgelegt, dass sie sich auf bestehenden Produktionslinien verarbeiten lässt.
Hinzu kommt die Rohstofffrage: Graphit für Batterien wird zum allergrößten Teil in China verarbeitet, das den Export seit Ende 2023 zum Teil genehmigungspflichtig gemacht hat. Das IPA bezeichnet Graphit ausdrücklich als Versorgungsrisiko für die europäische Batterieindustrie. Völlig unabhängig macht Aluminium allerdings auch nicht, denn auch dieses Metall wird zu einem großen Teil in China erzeugt.
Was bedeutet das für Sie?
Für Ihre Kaufentscheidung heute ändert diese Nachricht nichts. Die Technik steckt im Labor- und Prototypenstadium, und die ersten Anwendungen zielen auf kleine Spezialzellen, nicht auf stationäre Speicher. Einen Zeitplan für die Marktreife nennt das Institut nicht. Nach unserer Einschätzung dürften bis zu einem möglichen Einsatz in Heimspeichern viele Jahre vergehen, denn dort zählen vor allem Zyklenfestigkeit, Sicherheit und eine Lebensdauer von 15 Jahren und mehr – genau die Eigenschaften, die bei Aluminiumanoden noch bewiesen werden müssen.
- Heimspeicher setzen heute auf Lithium-Eisenphosphat (LFP): Diese Zellchemie gilt als besonders sicher und langlebig. Die von uns verbauten SolaX-Speicher nutzen LFP-Zellen mit über 6.000 Zyklen; SolaX gibt 10 Jahre Garantie auf mindestens 70 % Restkapazität.
- Warten lohnt sich nicht: Neue Zellchemien brauchen erfahrungsgemäß lange vom Labor bis in ein zertifiziertes Speicherprodukt. Ein heute installierter Speicher arbeitet in dieser Zeit bereits.
- Langfristig gute Nachrichten: Forschung wie diese kann Batterien günstiger, rohstoffunabhängiger und umweltfreundlicher machen. Davon profitieren auf lange Sicht auch Speicher und E-Autos.
Behalten Sie bei Batterie-Meldungen im Hinterkopf: Ein Patent und erste Knopfzellen-Ergebnisse sind ein wichtiger Schritt, aber noch kein Produkt. Entscheidend sind unabhängig geprüfte Langzeitdaten aus größeren Zellen.
Sie möchten wissen, welche Speichergröße heute zu Ihrem Haushalt passt? Wir beraten Sie gern – fordern Sie hier ein unverbindliches Angebot an.
Quellen
- „Aluminium-Anoden für anspruchsvolle Batterie-Anwendungen“, Presseinformation, Fraunhofer IPA, 6.10.2026: ipa.fraunhofer.de (Pressemitteilung, kein begutachteter Fachartikel)
- „Fraunhofer IPA: Technologie für Batterien mit Aluminium-Anode patentiert“, Solarserver, 7.10.2026: solarserver.de
- „Alufolie als Stromspeicher: Wie Stuttgarter Forscher die Lithium-Batterie umbauen“, ingenieur.de, Oktober 2026: ingenieur.de (dort Verweis auf die Fachveröffentlichung von Schad, Birke et al., Dezember 2025)
- „Aluminium statt Graphit: Fraunhofer IPA löst zentrales Problem der Anodenforschung“, chemie.de, 8.10.2026: chemie.de