Ein viel versprechender Ansatz sind Lithium-Metall-Anoden, bei denen das Lithium selbst als aktives Anodenmaterial dient und so aufgrund seiner hohen spezifischen Kapazität Batteriezellen mit höherer Energiedichte ermöglicht.
Um die Potenziale von Lithium-Metall-Anoden für langlebigere Batteriezellen zu erschließen, setzt das neue Forschungsprojekt „Limac – Amorphous Carbon Interlayers for Reliable Lithium-Metal Battery Cells“ auf dünne, amorphe Kohlenstoff-Zwischenschichten. Im Mittelpunkt steht die Frage, ob diese die Grenzfläche zwischen Lithium-Metall-Anode und (Fest-)Elektrolyt stabilisieren und dadurch zu zuverlässigeren und langlebigeren Batteriezellen beitragen können.
Amorphe Kohlenstoffschichten per Laser-Arc-PVD abscheiden
Dafür sollen in einem ersten Schritt dünne, amorphe Kohlenstoffschichten entwickelt und mithilfe eines Laser-Arc-PVD-Verfahrens auf Kupfer-Stromableitern abgeschieden werden. Anschließend werden die beschichteten Materialien in Batteriezellen erprobt und mit Referenzzellen verglichen. So soll untersucht werden, welche Eigenschaften der Zwischenschichten für eine möglichst stabile Grenzfläche in der Batteriezelle entscheidend sind.
Neben der technischen Leistungsfähigkeit betrachtet das Projekt auch die ökologische Perspektive und die Übertragbarkeit auf größere Zellformate. Zum einen sollen mithilfe einer Ökobilanz, dem Life Cycle Assessment (LCA), Stoff- und Energieflüsse sowie die Umweltwirkungen des Ansatzes untersucht, zum anderen gleichzeitig ein Konzept für die Übertragung der Technik auf größere Pouchzellen entwickelt werden.
Vom Labormaßstab zur größeren Batteriezelle
Damit verbindet das Projekt Materialentwicklung und Zellforschung mit ökologischer Bewertung und ersten Überlegungen zur späteren Skalierung. Ziel ist es, das Potenzial amorpher Kohlenstoff-Zwischenschichten für zuverlässigere Lithium-Metall-Batterien zu bewerten und eine Grundlage für die Weiterentwicklung in Richtung größerer Zellformate zu schaffen.
Langfristig könnten leistungsfähigere und langlebigere Lithium-Metall-Batterien dazu beitragen, das Gewicht von Batteriesystemen zu reduzieren und gleichzeitig hohe Energiedichten zu ermöglichen. Davon könnten Anwendungen profitieren, bei denen Gewicht, Leistungsfähigkeit und Reichweite eine wichtige Rolle spielen – von Elektrofahrzeugen über die Luft- und Raumfahrt bis hin zu stationären Energiespeichern.
Das Projekt soll von September 2026 bis August 2028 laufen. Es wird im Rahmen des internen Fraunhofer-Programms PACT (Program for Affiliate Cooperation and Knowledge Transfer) gefördert.