Silizium kann rund zehnmal so viel Lithium aufnehmen wie Graphit, aus dem die Minuspole heutiger Akkus fast immer bestehen. Trotzdem steckt es bisher nur in kleinen Mengen in Batterien, denn siliziumreiche Zellen altern schnell. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg meldet jetzt einen wichtigen Fortschritt bei der Lebensdauer. Wir erklären, was dahintersteckt, warum ausgerechnet Druck von außen hilft und was das für Ihren Heimspeicher oder Ihr nächstes E-Auto bedeutet.
Was das Fraunhofer ISE gemeldet hat
Im Forschungsprojekt StrOboBatt haben die Freiburger Forschenden eigene Batteriezellen gebaut und über mehr als 1.000 vollständige Lade- und Entladevorgänge getestet. Am Ende hatten die Zellen noch über 83 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität. Laut Fraunhofer ISE gelten mehr als 1.000 Zyklen bei mindestens 80 Prozent Restkapazität als wichtige Zielmarke für den industriellen Einsatz siliziumreicher Anoden. Diese Marke haben die Testzellen erreicht.
Die wichtigsten Eckdaten laut Fraunhofer ISE:
| Merkmal | Wert |
|---|---|
| Zellformat | Pouchzelle (flache Folienzelle), 40 Lagen, 25 Ah |
| Anode (Minuspol) | Silizium-Kohlenstoff/Graphit; Si-C-Komposit = 51 % des Aktivmaterials |
| Kathode (Pluspol) | nickelreiches NMC (Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid) |
| Anodenkapazität | über 1.000 mAh/g bzw. über 5 mAh/cm² |
| Test | über 1.000 Vollzyklen, Laden und Entladen in je einer Stunde (1C) |
| Ergebnis | über 83 % Restkapazität bei 1.000 kPa Anpressdruck |
| Energiedichte | 280 Wh/kg im Forschungsformat; industriell ca. 330 Wh/kg erwartet |
Gefertigt wurden die Zellen auf einer halbautomatischen Linie im Trockenraum des Zentrums für Elektrische Energiespeicher am Fraunhofer ISE. Verwendet wurden handelsübliche Elektrodenfolien. Das Verbundprojekt wird vom Chemieunternehmen PCC Thorion geleitet und ist nach Angaben des Unternehmens über drei Jahre mit rund 2,6 Millionen Euro Bundesmitteln gefördert.
Wichtig zur Einordnung: Es handelt sich um eine Pressemitteilung des Instituts vom 20. Oktober 2026, nicht um eine begutachtete Fachveröffentlichung (Peer-Review). Die Ergebnisse stammen aus Laborzellen im Forschungsformat, nicht aus einem marktreifen Produkt.
So funktioniert eine Lithium-Ionen-Zelle
Jede Lithium-Ionen-Batterie, ob im Smartphone, im E-Auto oder im Heimspeicher, ist im Kern gleich aufgebaut: Zwei Elektroden liegen sich gegenüber, getrennt durch eine dünne, poröse Folie, den Separator. Dazwischen befindet sich eine Flüssigkeit, der Elektrolyt, durch die Lithium-Ionen wandern können, Elektronen aber nicht.
- Beim Laden wandern Lithium-Ionen von der Kathode (Pluspol) zur Anode (Minuspol) und werden dort eingelagert. Die Elektronen nehmen den Weg über den äußeren Stromkreis.
- Beim Entladen läuft das Ganze umgekehrt, und der Elektronenstrom im äußeren Kreis versorgt Ihre Geräte.
Wie viel Energie eine Zelle speichert, hängt also stark davon ab, wie viel Lithium die Anode aufnehmen kann. Hier kommt das Silizium ins Spiel.
Graphit gegen Silizium: Einlagern oder Legieren
Graphit besteht aus übereinander gestapelten Kohlenstoffschichten. Lithium schiebt sich zwischen diese Schichten, ohne die Struktur wesentlich zu verändern. Fachleute nennen das Interkalation. Im voll geladenen Zustand kommt höchstens ein Lithium-Atom auf sechs Kohlenstoffatome. Daraus ergibt sich eine theoretische spezifische Kapazität von 372 Milliamperestunden pro Gramm (mAh/g). Das Material dehnt sich dabei nur um rund 10 Prozent aus.
Silizium funktioniert grundlegend anders. Es bildet mit Lithium eine Legierung, also eine neue chemische Verbindung. Bei Raumtemperatur kann jedes Siliziumatom bis zu knapp vier Lithiumatome binden. Das ergibt eine theoretische Kapazität von rund 3.600 mAh/g, etwa das Zehnfache von Graphit. Die Kehrseite: Das Silizium bläht sich beim Laden um bis zu rund 300 Prozent auf und schrumpft beim Entladen wieder.
Warum Silizium-Anoden so schnell altern
Dieses ständige „Atmen“ ist das Kernproblem. Es setzt gleich mehrere Alterungsprozesse in Gang:
- Risse und Zerfall: Siliziumpartikel können unter der mechanischen Belastung brechen. Bruchstücke verlieren den elektrischen Kontakt zum Rest der Elektrode und fallen als Speicher aus.
- Ablösung: Die Elektrodenschicht kann sich vom Stromableiter, einer dünnen Metallfolie, lösen. Auch dann geht Kapazität verloren.
- Immer neue Schutzschicht: An der Oberfläche jeder Anode bildet sich beim ersten Laden eine hauchdünne Grenzschicht, die sogenannte SEI (Solid Electrolyte Interphase). Sie schützt den Elektrolyten vor weiterer Zersetzung. Bei Silizium reißt sie durch das Aufblähen immer wieder auf und muss neu wachsen. Dabei werden jedes Mal Lithium und Elektrolyt verbraucht, die danach fehlen.
Die Industrie geht das Problem bisher von der Materialseite an: Silizium wird fein verteilt in eine Kohlenstoffmatrix eingebettet (Silizium-Kohlenstoff-Komposit) und mit Graphit gemischt. So bleibt die Ausdehnung der gesamten Elektrode beherrschbar. Genau so ist auch die Anode in den Freiburger Testzellen aufgebaut.
Kurz erklärt: Vollzyklus, Kapazitätserhalt und C-Rate
Ein Vollzyklus ist einmal komplett laden und wieder komplett entladen. Zwei halbe Ladungen ergeben zusammen ebenfalls einen Vollzyklus. Der Kapazitätserhalt gibt an, wie viel der ursprünglichen Speicherfähigkeit nach einer bestimmten Zahl von Zyklen noch übrig ist. Die C-Rate beschreibt, wie schnell geladen wird: 1C heißt, die Zelle wird in einer Stunde voll geladen oder entladen, 0,5C in zwei Stunden. Je höher die C-Rate, desto stärker wird eine Zelle in der Regel belastet.
Der Trick: Druck von außen
Das Fraunhofer ISE hat nicht nur die Lebensdauer gemessen, sondern auch untersucht, wie stark der mechanische Druck auf die Zelle den Verlauf beeinflusst. Dazu wurden die flachen Pouchzellen zwischen Platten eingespannt und mit zwei verschiedenen Anpressdrücken betrieben: 300 Kilopascal (kPa), das sind etwa 3 bar, und 1.000 kPa, also etwa 10 bar.
Das Ergebnis war eindeutig. Nur bei 1.000 kPa erreichten die Zellen nach über 1.000 Vollzyklen die genannten über 83 Prozent Restkapazität. Bei 300 kPa nahm die nutzbare Kapazität vor allem im 1C-Betrieb deutlich schneller ab. Einen konkreten Zahlenwert für diese Variante nennt das Institut nicht. Der Zelldruck sei damit „ein wichtiger Parameter für den stabilen Betrieb siliziumreicher Pouchzellen“, so Gruppenleiter Marc Kissling.
Physikalisch ist das gut nachvollziehbar: Der äußere Druck hält die Schichten im Inneren zusammen. Laut Fraunhofer ISE verbessert er die Übergänge zwischen den Materialien (geringere Grenzflächenwiderstände) und verringert die Gefahr, dass sich Elektrodenmaterial voneinander oder von der Trägerfolie löst. Für Silizium mit seiner starken Volumenänderung ist das besonders wichtig.
Der Haken: Spannvorrichtungen kosten Platz und Gewicht. In einem fertigen Batteriepack kann das einen Teil des Energiedichte-Vorteils wieder aufzehren. Wie viel, hängt davon ab, wie geschickt Hersteller den Druck in Modul und Gehäuse integrieren.
Ein unterschätztes Detail: Restkapazität ist nicht gleich nutzbare Kapazität
Ein Befund aus Freiburg ist besonders aufschlussreich. Die Forschenden haben die Zellen regelmäßig mit kleinen Strömen „vermessen“ (Check-up-Zyklen). Mit zunehmender Alterung lag die so ermittelte Kapazität immer weiter über der Kapazität, die im normalen 1C-Betrieb tatsächlich nutzbar war.
Der Grund ist der steigende Innenwiderstand einer alternden Zelle. Bei langsamer Entladung fällt er kaum ins Gewicht. Bei höherem Strom sinkt die Spannung dagegen schneller, und die Zelle erreicht ihre untere Spannungsgrenze früher. Das Fraunhofer ISE folgert daraus, dass man siliziumreiche Zellen nicht nur am reinen Kapazitätserhalt, sondern auch an ihrer Leistungsfähigkeit unter praxisnahen Bedingungen messen muss. Diese Unterscheidung lohnt sich übrigens bei jedem Akku-Datenblatt.
Energiedichte: Wofür die 280 Wh/kg stehen
Die gemessene Energiedichte von 280 Wattstunden pro Kilogramm bezieht sich auf die einzelne Zelle, nicht auf ein fertiges Batteriesystem mit Gehäuse, Kühlung und Elektronik. Erreicht wurde sie in einem Forschungsformat, das das Institut selbst entwickelt hat und das nicht auf Serienfertigung optimiert ist. In einer industriell optimierten Pouchzelle hält das Fraunhofer ISE etwa 330 Wh/kg für erreichbar. Das ist eine Prognose, kein Messwert.
Zum Vergleich: Lithium-Eisenphosphat-Zellen (LFP), wie sie in den meisten Heimspeichern stecken, speichern pro Kilogramm deutlich weniger Energie. Dafür gelten sie als besonders sicher und langlebig. Für ein E-Auto oder ein Flugzeug zählt jedes Kilogramm, im Keller oder in der Garage dagegen kaum.
Das Institut nennt noch einen zweiten Vorteil: Silizium-Kohlenstoff-Komposite könnten die Abhängigkeit von Graphit verringern, der heute größtenteils außerhalb Europas gewonnen und verarbeitet wird. Ein Teil der Wertschöpfung ließe sich so in die EU verlagern.
Was bedeutet das für Sie?
Für Ihren Heimspeicher: Hier ändert die Meldung vorerst nichts. Ein Heimspeicher an einer PV-Anlage wird oft fast täglich ge- und entladen. 1.000 Vollzyklen wären dann schon nach knapp drei Jahren erreicht. Die LFP-Heimspeicher von SolaX, die wir verbauen, sind laut Hersteller für über 6.000 Zyklen ausgelegt, mit 10 Jahren Garantie auf mindestens 70 Prozent Restkapazität. Die beiden Werte sind wegen unterschiedlicher Prüfbedingungen nur grob vergleichbar, aber der Abstand ist deutlich. Silizium-Anoden in Kombination mit nickelreichen Kathoden sind auf maximale Energie pro Kilogramm ausgelegt, und genau das ist für stationäre Speicher zweitrangig. Wenn Sie über einen Speicher nachdenken, gibt es also keinen Grund, auf diese Technik zu warten. Mehr zu unseren LFP-Speichern lesen Sie auf der Seite zu den SolaX-Batteriespeichern.
Für Ihr nächstes E-Auto: Hier liegt das eigentliche Potenzial. Mehr Energie bei gleichem Gewicht bedeutet mehr Reichweite oder leichtere Batterien. 1.000 Vollzyklen entsprechen bei einer Reichweite von 400 Kilometern rechnerisch rund 400.000 Kilometern. Das wäre für ein Fahrzeugleben eine solide Größenordnung. Bis siliziumreiche Anoden mit hohen Anteilen in Serienautos verbreitet sind, dürften aber noch einige Jahre vergehen. Ein verlässliches Datum gibt es nicht.
Für alle Akku-Käufer: Achten Sie im Datenblatt nicht nur auf die Zyklenzahl, sondern auch darauf, bei welcher Restkapazität und unter welchen Bedingungen sie angegeben ist. Die Freiburger Ergebnisse zeigen, wie sehr diese Details die Aussage verändern können.
Einordnung: Ein Baustein, kein Durchbruch über Nacht
Siliziumreiche Anoden sind eines von mehreren Forschungsfeldern, die Batterien leistungsfähiger machen sollen. In den vergangenen Wochen haben wir an dieser Stelle auch über dickere Elektroden, über eine Aluminiumfolie als Anode, über Natrium-Ionen-Akkus und über Festkörperbatterien berichtet. Jeder dieser Ansätze hat seine eigene Stärke.
Der Freiburger Beitrag ist vor allem deshalb bemerkenswert, weil er in einer industrienahen 25-Ah-Zelle mit handelsüblichen Elektrodenfolien entstanden ist und nicht in einer Knopfzelle mit wenigen Milliamperestunden. Offen bleiben die Fragen, die über den Markterfolg entscheiden: Wie verhalten sich die Zellen bei Hitze und Kälte, bei Schnellladung und über mehrere Tausend Zyklen? Und lässt sich der nötige Druck im fertigen Batteriepack günstig und leicht umsetzen?
Sie möchten wissen, welcher Speicher zu Ihrem Verbrauch passt? Wir beraten Sie gern. Hier können Sie ein unverbindliches Angebot anfordern.
Quellen
- „Fraunhofer ISE testet erfolgreich Hochenergie-Batteriezellen mit siliziumreichen Anoden über 1000 Zyklen“, Fraunhofer ISE, Presseinformation, 20.10.2026: ise.fraunhofer.de
- „StrOboBatt – Struktur- und oberflächenoptimierte Silizium-Anoden und Hochenergie-Kathoden“, Fraunhofer ISE, Projektseite: ise.fraunhofer.de
- Projektmeldung zu StrOboBatt (Partner, Förderung), PCC SE, 29.07.2024: pcc.eu
- „Siliziumreiche Zellen des Fraunhofer ISE behalten nach 1000 Zyklen über 83 Prozent ihrer Kapazität“, pv magazine Deutschland, 21.10.2026: pv-magazine.de
- „Fraunhofer ISE: Silizium-Batteriezellen mit hoher Lebensdauer“, Solarserver, 21.10.2026: solarserver.de
- „Increasing battery capacity: going Si high“ (Grundlagen zu Kapazität und Volumenausdehnung von Silizium und Graphit), Mewburn Ellis: mewburn.com
- Produktangaben SolaX-Batteriespeicher (Zyklen, Garantie), PVPOWER.ME: pvpower.me