Ein Forscherteam des Fraunhofer ISE in Freiburg hat einen signifikanten Fortschritt bei der Entwicklung leichterer Elektroauto-Batterien erzielt. Im Rahmen des Projekts „StrOboBatt“ untersuchten die Wissenschaftler Silizium-Batterien, die theoretisch bis zu zehnmal mehr elektrische Ladung aufnehmen können als herkömmlicher Kohlenstoff. Bisher scheiterte die industrielle Anwendung jedoch daran, dass das Material zu schnell ermüdet und die inneren Schichten durch ständige Ausdehnung und Schrumpfung beim Laden und Entladen reißen.

Die Lösung der Forscher besteht in einem definierten mechanischen Gegendruck von außen. Während die Zellen bei einem Anpressdruck von 300 Kilopascal im schnellen Ladebetrieb einbrachen, stabilisierte ein Druck von 1.000 Kilopascal die Grenzflächen und verringerte das Ablösen der Elektrodenmaterialien. In Testreihen überstanden die Zellen bei einer 1C-Laderate mehr als 1.000 Zyklen und behielten dabei über 83 Prozent ihrer Anfangskapazität bei.

Technisch setzte das Team 40-lagige Pouchzellen mit einer Nennkapazität von 25 Amperestunden ein, wobei das Anodenaktivmaterial zu 51 Prozent aus einem Silizium-Kohlenstoff-Komposit besteht. Die Fertigung erfolgte auf einer institutseigenen Anlage im Trockenraum unter Verwendung kommerzieller Elektrodenfolien. Im Versuchsformat „PrecISE“ erreichte die Zelle 280 Wattstunden pro Kilogramm, wobei für optimierte industrielle Formate eine Energiedichte von etwa 330 Wattstunden pro Kilogramm angestrebt wird.

Laut Doktor Lukas vom Fraunhofer ISE ist die Zyklenlebensdauer eine der zentralen Hürden für den industriellen Einsatz, wobei ein Kapazitätserhalt von mindestens 80 Prozent über 1.000 Zyklen als wichtiges Performanceziel gilt. Die Technologie könnte die Abhängigkeit der europäischen Industrie von importiertem Graphit reduzieren und die heimische Wertschöpfung stärken. Neben Elektroautos könnten die höheren Energiedichten auch Anwendungen in Drohnen, Satelliten, elektrischen Flugzeugen sowie effizienteren Heimspeichern ermöglichen.