Fraunhofer IAP treibt Batterietechnologien voran: Fraunhofer IAP entwickelt Innovative Batteriematerialien für Elektromobilität und Energiespeicher

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Potsdam - Leistungsfähige Energiespeicher gelten als Schlüsseltechnologie für Elektromobilität, erneuerbare Energien und industrielle Anwendungen. Neben Zellchemie und Produktionsprozessen rücken zunehmend auch neue Materialkonzepte in den Fokus der Forschung, die Sicherheit, Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit von Batterien gleichzeitig verbessern sollen.

Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP stellt auf der Inter-Battery 2026 neue Batteriematerialien vor. Dazu zählen feste Polymerelektrolyte, PFAS-freie Membranen und Separatoren sowie biobasierte Carbonmaterialien und Katalysatoren. Die Entwicklungen sollen leistungsfähigere und sicherere Energiespeicher ermöglichen und gleichzeitig die industrielle Skalierung entlang der gesamten Wertschöpfungskette erleichtern.

Neue Polymerelektrolyte für leistungsfähige Batteriesysteme

Die Leistungsfähigkeit moderner Batterien wird maßgeblich durch die verwendeten Materialien bestimmt. Energiedichte, Schnellladefähigkeit, Lebensdauer und Sicherheit hängen stark von Elektrolyten, Elektroden und Separatoren ab. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP im Potsdam Science Park entwickeln deshalb neue Batteriematerialien, die gezielt für industrielle Anwendungen ausgelegt sind.

Das Institut bündelt dafür Kompetenzen in den Bereichen Polymerchemie, Membran- und Separatorprozessierung, der Entwicklung maßgeschneiderter Carbonmaterialien sowie in der Katalysatorherstellung und im Scale-up. „Ziel ist eine integrierte Materialplattform - von der Synthese über das Scale-up bis hin zu Prototypenherstellung und -charakterisierung. Unternehmen erhalten von uns Unterstützung von der ersten Idee bis zur Überführung in größere Maßstäbe“, erklärt Dr. Benjamin Heyne, Leiter der Abteilung Energiematerialien am Fraunhofer IAP.

Ein Schwerpunkt liegt auf festen Polymerelektrolyten. Sie gelten als mögliche Alternative zu den bislang weit verbreiteten flüssigen Elektrolyten, die bei Beschädigungen Sicherheitsrisiken bergen und nur in einem begrenzten Temperaturbereich funktionieren. Die neuen Materialien sollen dagegen mechanisch stabil, nicht flüchtig und thermisch robuster sein.

Nach Angaben des Instituts erreichen einige der entwickelten Systeme bereits ionische Leitfähigkeiten von mehr als 10^-4 S/cm bei Raumtemperatur. Durch gezielte molekulare Anpassung lassen sich mechanische, thermische und elektrochemische Eigenschaften variieren. Die Polymerelektrolyte sind dabei mit unterschiedlichen Batterietypen kompatibel, etwa Natrium-Ionen-, Zink-Luft- oder Lithium-Ionen-Systemen.

Neben reinen Polymerelektrolyten entwickelt das Fraunhofer IAP auch Polymerkompositelektrolyte, die organische und anorganische Komponenten kombinieren. Ergänzend entstehen Polymerkomposit-Kathoden, bei denen etwa Natrium-Vanadium-Phosphat in eine Polymermatrix integriert wird. Durch die identische Polymerbasis von Elektrolyt und Kathode lassen sich Grenzflächenwiderstände reduzieren.

PFAS-freie Membranen und biobasierte Materialien im Fokus

Ein weiterer Entwicklungsschwerpunkt sind Membranen und Separatoren, die in Batteriezellen die Elektroden voneinander trennen und gleichzeitig den Ionentransport ermöglichen. Am Fraunhofer IAP werden hierfür chemisch und mechanisch stabile Materialien mit gezielt einstellbarer Porenstruktur entwickelt.

Die Porengröße und Porosität lassen sich an spezifische Anforderungen verschiedener Batteriesysteme anpassen. Besonderes Augenmerk liegt auf PFAS-freien Lösungen. Die langlebigen Fluorchemikalien stehen zunehmend in der Kritik, weil sie in der Umwelt kaum abgebaut werden.

„Unsere Materialien lassen sich in bestehende Produktionsprozesse integrieren und tragen gleichzeitig zu einer höheren Stabilität und Zyklierbarkeit der Zellen bei“, sagt Dr. Murat Tutus, Leiter der Abteilung Membranen und Separatoren am Fraunhofer IAP.

Parallel arbeiten die Forschenden an biobasierten Carbonmaterialien für Elektroden. Als Ausgangsstoffe dienen nachwachsende Rohstoffe wie Cellulose und Lignin. Während der Herstellung und Carbonisierung können Eigenschaften wie Porenstruktur, Oberfläche, elektrische Leitfähigkeit und chemische Reinheit gezielt eingestellt werden. Das ermöglicht eine Optimierung von Elektrodenstrukturen und kann fossile Rohstoffe teilweise ersetzen.

Auch bei Katalysatoren verfolgt das Institut einen ressourcenschonenden Ansatz. Ziel ist es, kritische Elemente zu reduzieren und gleichzeitig hohe Aktivität sowie Langzeitstabilität zu erreichen. „Entscheidend ist, dass wir Struktur und Oberfläche exakt einstellen können. So entstehen Materialien mit definierten Eigenschaften, die skalierfähig sind und sich zuverlässig in industrielle Fertigungsprozesse integrieren lassen“, erklärt Dr. Christoph Gimmler, Leiter der Abteilung Nanoskalige Energie- und Strukturmaterialien.

Die Materialien befinden sich nach Angaben des Instituts bereits in einem fortgeschrittenen Entwicklungsstadium. Funktionsmuster liegen im Labormaßstab vor, erste Tests in kompletten Batteriezellen laufen. Perspektivisch sollen die Technologien gemeinsam mit Industriepartnern in größere Produktionsmaßstäbe überführt werden. Auf der Inter-Battery 2026 in Seoul sucht das Fraunhofer IAP daher gezielt Kooperationen für neue Batteriematerialien und Anwendungen im Energiespeicher- und Wasserstoffbereich.

Quelle: IWR Online

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