Festkörperbatterie erklärt: Was Fraunhofer in Braunschweig erforscht

Anfang Oktober hat die Fraunhofer-Gesellschaft in Braunschweig, also gleich bei uns in Niedersachsen, ein neues Forschungsgebäude für Festkörperbatterien eröffnet. Diese Batterien gelten seit Jahren als „nächste Generation“: sicherer, kompakter, leistungsfähiger. Wir erklären, wie eine Festkörperbatterie funktioniert, warum sie so schwer zu bauen ist und ob Sie als Besitzer einer PV-Anlage darauf warten sollten.

Was in Braunschweig eröffnet wurde

Am 5. Oktober 2026 wurde der Neubau des Fraunhofer-Zentrums für Energiespeicher und Systeme (ZESS) am Forschungsflughafen Braunschweig offiziell eröffnet. Bund und Land Niedersachsen haben dafür nach Angaben von Fraunhofer rund 49,85 Millionen Euro investiert. Das Gebäude hat etwa 3.300 Quadratmeter Fläche, davon rund 1.750 Quadratmeter Labore und einen 450 Quadratmeter großen Trockenraum. Auf Dach und Fassade sitzt übrigens Photovoltaik.

Getragen wird das Zentrum von drei Fraunhofer-Instituten:

• Fraunhofer IST (Schicht- und Oberflächentechnik), das auch den Sprecher stellt,
• Fraunhofer IFAM (Fertigungstechnik und angewandte Materialforschung),
• Fraunhofer IKTS (keramische Technologien und Systeme).

Eng eingebunden ist die TU Braunschweig mit ihrer Battery LabFactory. Neben Festkörperbatterien wird am ZESS auch an Wasserstofftechnik geforscht. Als Projektzentrum gibt es das ZESS schon seit 2019, jetzt hat es ein eigenes, deutlich größeres Gebäude. Laut Fraunhofer betrachtet das Zentrum die ganze Kette: neue Materialien, Fertigungsverfahren und am Ende auch Recycling und Kreislaufwirtschaft.

So funktioniert eine Festkörperzelle

Das Grundprinzip ist dasselbe wie bei jedem Lithium-Akku: Beim Laden werden Lithium-Ionen aus der Kathode gelöst und wandern zur Anode, beim Entladen zurück. Die Elektronen nehmen dabei den Weg über den äußeren Stromkreis, also über Ihren Wechselrichter, Ihr Haus oder Ihr E-Auto. Der Unterschied liegt im „Transportweg“ der Ionen dazwischen.

In einer heutigen Zelle durchtränkt der flüssige Elektrolyt eine dünne poröse Folie (den Separator), die Anode und Kathode voneinander trennt. In der Festkörperzelle übernimmt eine feste Schicht beide Aufgaben: Sie leitet die Ionen und trennt die Elektroden. Weil ein fester Stoff nicht in die Poren der Kathode fließen kann, mischt man ihn zusätzlich als feines Pulver in die Kathode ein. Nur so erreichen die Ionen jedes Körnchen des Aktivmaterials.

Warum der Aufwand? Die Lithium-Metall-Anode

Der eigentliche Reiz liegt auf der Anodenseite. Heute besteht die Anode meist aus Graphit, in dessen Schichten sich die Lithium-Ionen einlagern. Viel mehr Energie ließe sich mit einer Anode aus reinem Lithium-Metall speichern. Mit flüssigen Elektrolyten gilt das aber als nicht sicher beherrschbar. Laut einer Analyse des Fraunhofer-Instituts für System- und Innovationsforschung (ISI) braucht die sichere Nutzung von Lithium-Metall einen Festelektrolyten. Das Ziel ist eine höhere Energiedichte, also mehr gespeicherte Energie pro Kilogramm oder Liter. Für ein E-Auto bedeutet das mehr Reichweite bei gleichem Gewicht.

Drei Familien von Festelektrolyten

„Den“ Festelektrolyten gibt es nicht. Die Forschung arbeitet an mehreren Materialklassen, die jeweils eigene Stärken und Schwächen haben. Die folgende Übersicht stützt sich auf die Einordnung des Fraunhofer ISI:

Das Fraunhofer IKTS beschäftigt sich am ZESS unter anderem mit sulfidischen Elektrolyten, wie aus seinem Jahresbericht hervorgeht. Damit erklärt sich auch der große Trockenraum: Sulfidische Materialien reagieren mit dem Wasserdampf aus der Luft. Dabei werden sie unbrauchbar, und es kann giftiger Schwefelwasserstoff entstehen. Gefertigt wird deshalb unter Schutzgas oder in extrem trockener Luft. Ein Forschungsprojekt der TU Braunschweig (BiSSFest) nennt genau diese Reaktivität mit Wasser als zentrale Hürde für die Zellmontage.

Warum die Technik so schwierig ist

Festkörperbatterien werden seit Jahren angekündigt. Dass es so lange dauert, hat handfeste physikalische und chemische Gründe:

• Feste Grenzflächen: Eine Flüssigkeit benetzt jede Oberfläche von selbst. Zwei Feststoffe berühren sich dagegen nur an einzelnen Punkten. Damit die Ionen trotzdem gut übertreten, müssen die Schichten sehr glatt sein und oft unter Druck zusammengepresst werden.
• Atmende Elektroden: Beim Laden und Entladen ändern Elektroden ihr Volumen, besonders eine Lithium-Metall-Anode. Ein starrer Elektrolyt kann dabei Risse bekommen oder den Kontakt verlieren.
• Dendriten: Das sind feine, nadelartige Strukturen aus Lithium-Metall, die beim Laden wachsen können. Durchstoßen sie den Elektrolyten, entsteht ein Kurzschluss. Lange hoffte man, ein fester Elektrolyt würde sie zuverlässig stoppen. Eine Arbeitsgruppe der TU München hat 2025 in der begutachteten Fachzeitschrift Nature Communications gezeigt, dass Dendriten auch im Inneren polymerbasierter Festelektrolyte wachsen können.
• Fertigung im großen Maßstab: Was im Labor auf wenigen Quadratzentimetern funktioniert, muss in der Fabrik auf Rollen von vielen Metern Länge gelingen, mit gleichbleibender Qualität und zu wettbewerbsfähigen Kosten.

Wie groß die Lücke ist, zeigt ein viel beachteter Übersichtsartikel der Chemiker Jürgen Janek (Universität Gießen) und Wolfgang Zeier (Universität Münster) in der Fachzeitschrift Nature Energy von 2023 (begutachtet). Ihr Befund damals: Gegenüber der etablierten Lithium-Ionen-Technik gebe es noch keinen messbaren Vorsprung, und welche Variante sich durchsetzt, sei offen. Dass Festkörperbatterien kommerziell werden, erwartet Zeier zwar. Zum Zeitpunkt sagt er: „Es bleibt aber offen, wann und in welchem Umfang.“

Vom Labor in die Fabrik: der Reifegrad

Genau an dieser Stelle setzt das ZESS an. Laut Fraunhofer IFAM zielt die Arbeit auf die Technologie-Reifegrade 4 bis 6. Der Technologie-Reifegrad (englisch Technology Readiness Level, TRL) ist eine Skala von 1 bis 9. Stufe 1 bedeutet: Das physikalische Prinzip ist beobachtet. Stufe 9 bedeutet: Das Produkt ist im Alltag erprobt und wird in Serie gebaut. Die Stufen 4 bis 6 reichen vom Funktionsnachweis im Labor bis zum Prototyp unter realistischen Bedingungen. Die Forschung in Braunschweig soll also die Brücke zwischen Labor und Industrie schlagen.

Und wo steht der Weltmarkt? Nach einer Halbjahresanalyse des Marktforschers Shanghai Metals Market (SMM) vom Juli 2026 laufen vor allem in China Pilotlinien im Gigawattstunden-Maßstab. Näher an der Serie sind demnach sogenannte halbfeste Zellen, bei denen ein Teil des Elektrolyten noch flüssig oder gelförmig ist. Reine Festkörperzellen werden zunächst in Kleinserien in Fahrzeuge eingebaut. Eine echte Massenfertigung erwarten die Analysten erst nach 2030. Solche Prognosen sind naturgemäß unsicher, die Richtung ist aber eindeutig: Die ersten Anwendungen sind Elektroautos und Elektronik, bei denen jedes Gramm und jeder Liter zählt.

Was bedeutet das für Sie?

Für Besitzer oder Planer einer PV-Anlage lautet die ehrliche Antwort: Festkörperbatterien sind spannend, aber für den Heimspeicher derzeit kein Grund zu warten.

• Im Keller zählt Gewicht kaum. Der größte Vorteil der Festkörperzelle ist die höhere Energiedichte. Im Auto ist das entscheidend, im Hauswirtschaftsraum oder in der Garage spielt es eine untergeordnete Rolle.
• Beim Heimspeicher zählen Sicherheit, Lebensdauer und Kosten pro Ladezyklus. Auch das Fraunhofer ISI sieht stationäre Speicher als möglichen, aber späteren Einsatzbereich, nämlich dann, wenn die Kosten pro Zyklus mithalten können.
• Die heutige Technik ist ausgereift. Moderne Heimspeicher nutzen meist Lithium-Eisenphosphat-Zellen (LFP). Sie enthalten zwar einen flüssigen Elektrolyten, gelten aber als besonders robuste und thermisch stabile Zellchemie. Die SolaX-Hochvoltspeicher, die wir verbauen, sind laut Hersteller für über 6.000 Vollzyklen ausgelegt und haben 10 Jahre Garantie auf mindestens 70 % Restkapazität. Hinzu kommen Batteriemanagement, Prüfungen etwa nach VDE-AR-E 2510-50 und IEC 62619 sowie bei der HS-Serie ein eingebautes Aerosol-Löschmodul.
• Modular heißt zukunftsoffen. Wer heute einen erweiterbaren Speicher installiert, kann später Module ergänzen, ohne auf eine Technik zu warten, deren Marktreife für Heimspeicher noch offen ist.

Wo Festkörperbatterien Sie schon früher betreffen könnten, ist das E-Auto: Mehr Reichweite und schnelleres Laden kämen indirekt auch dem PV-Überschussladen zugute. Wer sich für andere neue Zellchemien interessiert, findet in unseren Beiträgen zu Natrium-Ionen-Akkus, zur Aluminium-Anode und zu dickeren Elektroden weitere Hintergründe.

Fazit

Mit dem neuen ZESS-Gebäude hat Niedersachsen einen wichtigen Baustein für die Batterieforschung in Deutschland bekommen. Die Festkörperbatterie bleibt eine vielversprechende Technik mit echten Vorteilen, aber auch mit hartnäckigen Problemen an Grenzflächen, bei Dendriten und in der Fertigung. Bis sie im Heimspeicher ankommt, dürften noch einige Jahre vergehen. Bis dahin ist ein guter LFP-Speicher die solide Wahl.

Sie möchten wissen, welche Speichergröße zu Ihrem Haushalt passt? Auf unserer Seite zu den SolaX-Batteriespeichern finden Sie die Details, oder Sie fordern direkt ein unverbindliches Angebot an.

Quellen

• „Fraunhofer ZESS stärkt Technologietransfer und nachhaltige Energiespeicherforschung“, Pressemitteilung Fraunhofer IST, 05.10.2026: ist.fraunhofer.de
• „Vom Labor in die Industrie: Fraunhofer eröffnet ZESS-Neubau für Festkörperbatterien und Wasserstoff“, IWR/Solarbranche.de, 12.10.2026: iwr.de
• „Fraunhofer ZESS eröffnet Forschungszentrum in Braunschweig“, electrive.net, 07.10.2026: electrive.net
• Fraunhofer ZESS, „About us“: zess.fraunhofer.de
• „Batterieentwicklung am Fraunhofer-Projektzentrum ZESS“, Fraunhofer IKTS, Jahresbericht 2022: ikts.fraunhofer.de (PDF)
• T. Schmaltz: „Solid-state batteries: Potential and challenges on the way to the mass market“, Fraunhofer ISI, Blog Batterie-Update, 27.12.2023: isi.fraunhofer.de
• Fraunhofer ISI: Solid-State Battery Roadmap 2035+, 2022: isi.fraunhofer.de (PDF)
• J. Janek, W. Zeier: „Challenges in speeding up solid-state battery development“, Nature Energy 8 (2023), peer-reviewed, DOI 10.1038/s41560-023-01208-9; dazu Pressemitteilung der Universität Gießen, 24.02.2023: uni-giessen.de
• „Batterieforschung: Dendriten wachsen in Elektrolyten von Festkörperbatterien“, Solarserver, 07.11.2025 (zur TUM-Studie in Nature Communications): solarserver.de
• Projekt BiSSFest – Bipolare Stapelung sulfidischer Festkörperbatterien, TU Braunschweig, Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik: tu-braunschweig.de
• „From Laboratory to Mass Production: Solid-State Battery Competitive Landscape Set to Take Shape by 2026-End“, Shanghai Metals Market (SMM), 02.07.2026: news.metal.com