Alufolie als Stromspeicher: Wie Stuttgarter Forscher die Lithium-Batterie umbauen

Mehr als 90 % des Graphits für Batterien werden in China verarbeitet. Aus dem Material besteht die Anode fast jeder Lithium-Ionen-Zelle. Seit Dezember 2023 brauchen Exporteure für bestimmte Graphitsorten eine Genehmigung aus Peking. Schärfere Kontrollen für Anodenmaterial hat China im November 2025 kurz vor dem Start ausgesetzt. Doch diese Pause endet am 10. November 2026.

Am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart soll eine handelsübliche Aluminiumfolie den Graphit ersetzen – und die Kupferfolie, auf der er bisher sitzt, direkt dazu. Gemeinsam mit dem Institut für Photovoltaik der Universität Stuttgart hat das IPA die Technik jetzt patentiert, teilte es am 6. Oktober mit.

Warum Aluminium im Akku zerfällt…

Pro Gramm kann Aluminium theoretisch 993 mAh Ladung aufnehmen, Graphit nur 372 mAh. Das ist rechnerisch rund das 2,7-Fache. Für Batterieforscher ist das Metall deshalb seit Langem ein Kandidat für den Minuspol.

Doch es gibt ein Problem: Beim Laden wandert Lithium in das Aluminium, und die Folie bläht sich um rund 95 % auf. Beim Entladen schrumpft sie wieder. Das Material bekommt dadurch Risse und zerfällt mit der Zeit zu Pulver. Frühere Gehversuche mit Aluminium-Anoden scheiterten deshalb oft schon nach wenigen Ladezyklen.

… und wie es länger halten könnte

Das IPA will dieses Problem nun gelöst haben. Seine patentierte Zell- und Elektrodentechnik stabilisiere das Aluminium im Betrieb und halte den elektrischen Kontakt über viele Ladezyklen, schreibt das Institut. Wie genau das funktioniert, steht nicht in der Mitteilung. Kai Peter Birke, wissenschaftlicher Direktor für Batterie- und Wasserstoffsysteme und -speicher am IPA, fasst die Forschungsarbeit so zusammen: „Wir machen eine seit Langem bekannte, aber bislang schwer beherrschbare Batterietechnologie praktisch nutzbar.“

Wie das Team die Folie bisher stabilisiert hat, zeigt ein Fachartikel, den Kathrin Schad, Kai Peter Birke und Kollegen im Dezember 2025 veröffentlicht haben. Die Forscher setzten dort auf gewalzte, besonders harte Folie aus einer gängigen Aluminiumlegierung mit geringen Anteilen von Eisen und Silizium, die sie mit Aluminiumsilikat beschichtet hatten. In kleinen Knopfzellen im Labor behielt die beste Variante nach 100 Ladezyklen 67 % ihrer Kapazität, unbehandelte hochreine Aluminiumfolie nur 4 %.

Was die Alufolie in der Batterie macht

Die Aluminiumfolie übernimmt in der Stuttgarter Zelle zwei Funktionen:

• Sie dient als Anode und speichert das Lithium.
• Sie leitet als Stromableiter den Strom ab.

In heutigen Akkus übernehmen das zwei Bauteile: Der Graphit wird als Paste auf eine Kupferfolie gestrichen und getrocknet. Bei der Stuttgarter Zelle entfielen damit die Kupferfolie und der Beschichtungsschritt, was Prozesskosten und Energiebedarf in der Elektrodenfertigung erheblich senke, schreibt das IPA.

Ein weiterer Faktor ist der Materialpreis. An der Londoner Metallbörse LME kostete eine Tonne Kupfer am 6. Oktober 14.505 $, eine Tonne Aluminium 3135 $. Kupfer war rechnerisch also fast fünfmal so teuer. Im Paper verweisen die Forscher zudem darauf, dass es für handelsübliche Aluminiumfolie etablierte Lieferketten gebe. Doch ganz unabhängig von China wird die Batterieindustrie dadurch nicht: Laut dem International Aluminium Institute stammten 2025 rund 60 % des weltweit erzeugten Primäraluminiums aus China. Beim Batteriegraphit sind es allerdings mehr als 90 %.

Günstiges Mangan auf der Plusseite

Als Kathode lässt sich die Aluminium-Anode laut IPA mit Lithium-Manganoxid (LMO) kombinieren. In ihrem o.g. Paper haben die Forscher genau das getestet. Das Material besteht laut dem Paper aus häufigen, günstigen Elementen, speichert mit rund 110 mAh/g aber vergleichsweise wenig Lithium. Eine solche Zelle brauche deshalb eine Anode mit hoher Kapazität, schreiben die Forscher.

Die Aluminiumfolie mit ihren theoretisch 993 mAh/g könnte eine solche Anode sein und diesen Nachteil ausgleichen. Zusammen ergebe das eine konkurrenzfähige Energiedichte und eine günstige Alternative zur weitverbreiteten Lithium-Eisenphosphat-Zelle (LFP), so das IPA.

Ohne Fluor in der Zelle

Die LMO-Kathode lässt sich laut IPA ohne Fluor herstellen. Im Paper ersetzten die Forscher dafür den üblichen fluorhaltigen Binder, der die Partikel zusammenhält, durch einen fluorfreien Kunststoff. Mit einem ebenfalls fluorfreien Elektrolyten wäre die gesamte Zelle frei von Fluor und damit von PFAS, schreibt das Institut.

Das Risiko, dass giftiger Fluorwasserstoff aus der Batterie austritt, wäre damit beseitigt. In den Knopfzellen aus dem Paper steckte allerdings noch ein Standard-Elektrolyt mit dem fluorhaltigen Leitsalz LiPF6.

Luftfracht und Medizintechnik als erste Ziele

Als erste Einsatzfelder nennt das IPA die Luftfracht, etwa Tracker für Transportbehälter, und spezielle Geräte der Medizintechnik. Dort komme es vor allem darauf an, dass der Speicher kompakt und sicher arbeitet. Lithium-Batterien gelten im Luftverkehr als Gefahrgut und unterliegen strengen Transportregeln.

Die Fraunhofer Zelle soll sich zudem mit Elektrolyten betreiben lassen, die einen hohen Flammpunkt haben. Damit bleibe sie laut dem Institut auch bei erhöhten Temperaturen sicher.

Prototypen im Labortest

Das Team hat bereits mehrere Prototypen der Zelle gebaut. Sie werden derzeit in den Laboren des Zentrums für Digitalisierte Batteriezellenproduktion (ZDB) am IPA getestet. Die Zellchemie sei für bestehende Produktionsanlagen ausgelegt; eine komplett neue Fertigungsinfrastruktur brauche es dafür nicht, schreibt das Institut. In ihrem Paper verweisen die Forscher darauf, dass sich die Folien wickeln und im Rolle-zu-Rolle-Verfahren verarbeiten lassen, wie es in der Zellfertigung üblich ist.

Zu Energiedichte, Industriepartnern und einem Zeitplan für die Serie macht das IPA bisher keine Angaben. Die Arbeiten aus dem Paper förderte das Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg im Projekt SEEDBattery.

Als Nächstes wollen die Stuttgarter die Verluste in den ersten Ladezyklen senken und das Konzept auf zylindrische Zellen übertragen, schreiben sie im Paper. Die Legierungsfolie für ihre beste Laborzelle kauften sie bei der Kölner Firma Alfipa.

Quellen

• Fraunhofer IPA: Aluminium-Anoden für anspruchsvolle Batterie-Anwendungen, Presseinformation vom 6.10.2026: ipa.fraunhofer.de
• Schad, K. et al.: GREENcell – combination of a strain-hardened and passivated Al alloy foil anode with a F-free LiMn2O4 cathode, Energy Advances (RSC), 2025: doi.org/10.1039/d5ya00287g
• Reuters: China to require export permits for some graphite products from Dec. 1, 20.10.2023: reuters.com
• Westmetall: Offizielle LME-Notierungen vom 6.10.2026: westmetall.com
• Mysteel: IAI: Global primary aluminum output exceeds 73 million t in 2025, 27.1.2026: mysteel.net
• Herbert Smith Freehills Kramer: China suspends export controls on lithium-batteries and artificial graphite anode materials: hsfkramer.com
• Nieradko, M. A.: Development of Novel Anode Materials for Lithium Ion Batteries, University of Western Ontario: ir.lib.uwo.ca
• IATA: What to know about how to ship lithium batteries: iata.org