Neues 3D-Graphen soll Batterien besser machen
Mehr Leistung für E-Autos: Wie Graphene MesoSponge den Widerstand in Batteriezellen senkt. 3DC plant die Serienfertigung für 2026.
Forschende haben aus Graphen ein dreidimensionales Nanomaterial erstellt. Dieses soll Hochleistungbatterien verbessern.
Foto: Smarterpix / goryayevalex@gmail.com
Das japanische Start-up 3DC hat mit „Graphene MesoSponge“ (GMS) ein dreidimensionales Graphen-Material entwickelt. Im Gegensatz zu flachen Graphen-Schichten bietet die schwammartige 3D-Struktur mit atomdünnen Wänden einen optimalen Pfad für Elektronen. Dies senkt den Widerstand, beschleunigt den Ladevorgang und erhöht die Lebensdauer von Batterien. Unterstützt von Hyundai, plant das Unternehmen für 2026 den Übergang in die Massenproduktion.
GMS nutzt poröse Struktur im Nanomaßstab
Die Elektromobilität steht vor einer Hürde, die Sie sicher kennen: Die Ladezeit bestimmt oft noch den Takt der Reise. Während chemische Zusammensetzungen von Kathoden und Anoden ständig variieren, blieb die physikalische Struktur der leitfähigen Zusätze lange Zeit zweidimensional. 3DC will das nun ändern. Auf der Technikmesse CES 2026 stellte das Unternehmen ein Material vor, das die Leistungsfähigkeit von Hochleistungsbatterien deutlich steigern soll. Es trägt den Namen Graphene MesoSponge (GMS).
Hinter dem Namen verbirgt sich ein dreidimensionales Graphen-Nanomaterial. Herkömmliches Graphen besteht aus flachen Schichten von Kohlenstoffatomen. Diese Platten weisen zwar eine hohe Leitfähigkeit auf, neigen aber in Batterien dazu, zu verklumpen. Das behindert den Fluss der Ionen und Elektronen. GMS hingegen nutzt eine poröse Struktur im Nanomaßstab. „Wir produzieren ein dreidimensionales Graphen-Nanomaterial“, erklärt Kazushi Misawa von 3DC. Laut seinen Angaben handelt es sich um eine sehr einzigartige Art von Nanomaterial.
Ein Schwamm aus atomaren Wänden
Die Architektur von GMS unterscheidet sich grundlegend von bekannten Kohlenstoff-Additiven. Das Material bildet ein hohles Netzwerk, das an einen Schwamm erinnert. Die Wände dieser Struktur sind lediglich ein Atom dick. Diese nanoskalige Bauweise ermöglicht es den Elektronen, sich über miteinander verbundene Wege zu bewegen. In klassischen Batteriedesigns müssen Elektronen oft über flache Oberflächen wandern oder Hindernisse umgehen. Das 3D-Netzwerk verringert den elektrischen Widerstand innerhalb der Elektrode.
Besonders für Ingenieurinnen und Ingenieure in der Zellentwicklung ist ein Punkt wichtig: Das Design verbessert die Leitfähigkeit so sehr, dass zusätzliche leitfähige Additive kaum noch nötig sind. „Das Material wird in den Elektroden von Batterien verwendet“, sagt Misawa. Er betont dabei die physikalischen Vorteile: „Graphen hat eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit.“ Durch die direkte Einbettung in die Elektrodenstruktur lässt sich der schnelle Energiefluss beim Laden und Entladen besser steuern.
Schneller laden, länger nutzen
Die interne Struktur von GMS hat direkte Auswirkungen auf die Kennzahlen der Batterie. Da die Poren den Elektronen einen direkten Pfad bieten, sinkt die Zeit für den Ladungstransport. „Elektronen können das Netzwerk innerhalb dieser porösen Struktur passieren“, sagt Misawa. Er ergänzt: „Dadurch bewegen sich die Elektronen innerhalb der Batterie schneller.“ Das Ergebnis ist eine verbesserte Schnellladefähigkeit.
Ein weiterer Faktor ist die Lebensdauer. Batterien leiden unter mechanischem Stress und chemischer Zersetzung, wenn sie schnell geladen werden. Der optimierte Elektronentransport reduziert die Belastung der Materialien während dieser Zyklen. „Dies verbessert die Schnellladefähigkeit und die Hochleistungsfähigkeit“, so Misawa. Er fügt hinzu: „Außerdem trägt es zur Verbesserung der Lebensdauer bei.“ Weniger Degradation bedeutet für Sie als Nutzerin oder Nutzer, dass der Akku auch nach vielen tausend Kilometern eine hohe Kapazität behält.
Von der Forschung in die Fabrik
3DC ist kein Neuling auf diesem Gebiet, auch wenn das Unternehmen erst 2022 offiziell gegründet wurde. Die Basis bilden Forschungsergebnisse der Tohoku-Universität, an denen Forschende fast zehn Jahre lang gearbeitet haben. Heute hält das Start-up mehr als 50 Patente auf das Material und die zugehörige Fertigung. Ein entscheidender Vorteil ist die Kontrolle über den Prozess: 3DC kann die Porengröße, die Anzahl der Schichten und die Gesamtform während der Herstellung präzise steuern.
Dass die Industrie großes Interesse zeigt, belegen die Geldgeber. Das Unternehmen erhält Unterstützung durch Open-Innovation-Finanzmittel von Hyundai. Aktuell befindet sich die Produktion noch im Pilotmaßstab, doch die Zusammenarbeit mit globalen Batterieherstellern läuft bereits. „Wir haben bereits Muster an viele Batteriehersteller geschickt“, sagt Misawa. Sein Team ist optimistisch, da die meisten großen Akku-Produzenten die Proben derzeit evaluieren.
Zukunft jenseits des Antriebsstrangs
Die Roadmap von 3DC sieht vor, im Jahr 2026 von der Pilotfertigung zur vollständigen Massenproduktion überzugehen. Das Material ist dabei nicht nur auf Lithium-Ionen-Akkus beschränkt. Auch für Batteriedesigns der nächsten Generation, wie Feststoffbatterien, bietet die 3D-Struktur Vorteile.
Interessant ist zudem die Vielseitigkeit des Kohlenstoff-Schwamms. Das Unternehmen gibt an, dass sich die Struktur für andere technische Anwendungen anpassen lässt. Während verzweigte Strukturen den Ionentransport in Akkus fördern, können dichtere Formen die Wärmeableitung verbessern. Damit rückt das Wärmemanagement von Halbleitern in den Fokus. „Dieses Material ist einzigartig“, sagt Misawa überzeugt. „Nur wir können diese Struktur herstellen.“
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