Zink-Ionen statt Lithium: Was der Wasserbatterie zum Durchbruch fehlt

Lithium-Ionen-Batterien sind das Arbeitspferd der Elektrifizierung: Sie stecken in fast jedem Smartphone, treiben E-Autos an und stabilisieren zunehmend die Stromnetze. Laut Internationaler Energieagentur (IEA) hat sich ihr weltweiter Einsatz seit 2020 versechsfacht, 2025 übersprang der Markt die Marke von 150 Mrd. US-$.

Die Dominanz hat allerdings ihre Schattenseiten: Der Abbau von Lithium konzentriert sich trotz erster Pilotversuche in Deutschland noch immer auf wenige Schlüsselstaaten. Bei einigen Zellen kommen weitere kritische Rohstoffe wie Kobalt und Nickel hinzu. Und der brennbare Elektrolyt macht aus einer beschädigten Lithium-Ionen-Batterie schnell einen Brandherd.

Aus diesen Gründen wird rund um den Globus nach Alternativen gesucht. Die bekannteste ist die Natrium-Ionen-Batterie, die in China bereits in Serie geht. Deutlich weniger Aufmerksamkeit bekommt eine Zellchemie, die vor allem in puncto Sicherheit und Rohstoffkosten überzeugt: die Zink-Ionen-Batterie. Ihr wässriger Elektrolyt kann nicht in Brand geraten, und ihr Kernmaterial Zink ist günstig und wird auch in Europa abgebaut.

Wie funktioniert die Technik, wo steht sie heute und wann wird sie zur echten Alternative?

Wie funktioniert eine Zink-Ionen-Batterie?

Der Aufbau folgt dem gleichen Grundprinzip wie bei allen Batterien: zwei Elektroden, dazwischen ein Elektrolyt, der Ionen transportiert.

• In der Zink-Ionen-Zelle besteht die Anode aus metallischem Zink, meist als dünne Folie oder Blech.
• Als Kathode dienen Materialien, die Zink-Ionen aufnehmen und wieder abgeben können, in der Forschung vor allem Mangan- und Vanadiumoxide.
• Der Elektrolyt ist eine wässrige Zinksalz-Lösung.

Beim Entladen löst sich Zink an der Anode auf, die zweifach geladenen Zink-Ionen wandern durch den Elektrolyten und lagern sich in der Kathode ein; die freigesetzten Elektronen fließen währenddessen als Strom durch den äußeren Kreis. Beim Laden kehrt sich der Vorgang um, und das Zink scheidet sich wieder an der Anode ab.

Was unterscheidet Zink-Ionen- von Lithium-Ionen-Batterien?

Der wichtigste Unterschied der beiden Zelltypen steckt im Elektrolyten.

• Herkömmliche Lithium-Ionen-Zellen arbeiten mit organischen Elektrolyten, weil Wasser bei ihren hohen Zellspannungen zersetzt werden würde. Diese organischen Flüssigkeiten sind allerdings brennbar. Deshalb kann ein beschädigter Lithium-Akku thermisch durchgehen und heftige Brände verursachen. Fachleute sprechen vom Thermal Runaway.
• Der wässrige Elektrolyt der Zink-Zelle kann dagegen nicht brennen. Das senkt die Brandgefahr für Zink-Ionen-Batterien erheblich. Die Nutzung eines wässrigen Elektrolyten vereinfacht zudem die Fertigung, weil die Zellen nicht unter Ausschluss von Feuchtigkeit montiert werden müssen.

Den zweiten wichtigen Unterschied machen die Ladungsträger:

• Ein Zink-Ion trägt zwei positive Ladungen
• ein Lithium-Ion nur eine.

Was zunächst wie ein Vorteil klingt – schließlich transportiert jedes Zink-Ion doppelt so viel Ladung – ist in der Praxis eher ein Nachteil. Denn im Elektrolyten ist das zweifach geladene Ion von einer Hülle aus Wassermolekülen umgeben. Bevor es sich in die Kathode einlagern kann, muss es diese Hülle abstreifen, was zusätzliche Energie kostet. Im Kathodenmaterial bremst die doppelte Ladung das Ion zusätzlich, weil es stärker mit seiner Umgebung wechselwirkt.

Für Zink-Zellen ist es deshalb schwerer, eine hohe Energiekapazität mit schnellem Ladetempo zu vereinbaren. Auch ihre Energiedichte liegt deutlich unter der von Lithium-Zellen.

Wie lange gibt es die Zink-Ionen-Batterie schon?

Zink gehört zu den ältesten Batteriemetallen der Technikgeschichte: Schon Alessandro Voltas erste Batterie nutzte im Jahr 1800 Zinkplatten. Bis heute steckt das Metall in den milliardenfach verkauften Alkali-Mangan-Zellen, besser bekannt als haushaltsübliche AA- oder AAA-Batterien für Fernbedienungen oder Taschenlampen.

Deren Chemie aus Zink und Mangandioxid funktioniert aber nur in eine Richtung zuverlässig. Einmal entladen, landen die Zellen im Sammelcontainer, denn beim Aufladen bilden sich Nebenprodukte und ungleichmäßige Zinkablagerungen, die die Zelle zerstören.

Die Zink-Ionen-Batterie soll dieses Manko ausgleichen. Als Startpunkt der modernen Forschung gilt das Jahr 2011, als ein Team um Feiyu Kang in Shenzhen Mangandioxid-Kathoden mit Tunnelstrukturen vorstellte, in die Zink-Ionen wiederholt ein- und auslagern können.

Woran hakt es noch?

Auf die ersten Erfolge folgte ein Jahrzehnt der Laborrekorde, aber keine Marktreife. 2016 etwa präsentierte ein Team um Linda F. Nazar von der kanadischen University of Waterloo einen Prototyp mit Zink-Anode und Vanadiumoxid-Kathode, der nach 1000 Zyklen noch 80 % seiner Kapazität hielt – kommerzialisiert wurde er nie.

Der Grund bei diesem und vielen anderen Versuchen war fast immer die Zink-Anode. Das Problem: Beim Wiederaufladen scheidet sich das Metall nicht gleichmäßig ab, sondern wächst zu feinen, verzweigten Nadeln heran, sogenannten Dendriten. Durchstoßen sie den Separator zwischen den Elektroden, verursacht das einen Kurzschluss.

Abgesehen davon korrodiert das Zink im wässrigen Elektrolyten. Dabei entsteht Wasserstoff, der die Zelle aufblähen kann. Die Forschung rückte diesen Problemen von mehreren Seiten zu Leibe.

2020 zeigte ein Team des Korea Institute of Science and Technology, wie sich Dendriten schon bei der Herstellung der Anode unterdrücken lassen. Die Forschenden behandelten die Zinkoberfläche mit getaktetem Strom. Dabei entstanden winzige sechseckige Pyramiden, überzogen mit einer Zinkoxidschicht. Die vergrößerte Oberfläche verteilt den Strom gleichmäßiger, sodass sich das Zink beim Laden ebenmäßig abscheidet. Eine Testzelle mit Mangandioxid-Kathode behielt nach 1000 Zyklen nahezu ihre volle Kapazität.

Welche Fortschritte macht die Forschung aktuell?

Seit 2024 sind in immer kürzeren Abständen Lösungsansätze für das Anodenproblem vorgestellt worden.

• Ein Team der TU München überzog die Zink-Anode mit einer hauchdünnen Schutzschicht aus dem porösen Polymer TpBD-2F. Sie lässt Zink-Ionen durch Nanokanäle passieren, hält aber Wasser fern. Eine Testzelle mit dieser Anode überstand mehr als 100.000 Ladezyklen nahezu ohne Kapazitätsverlust. Dabei handelte es sich allerdings um einen Zink-Ionen-Kondensator: Seine Aktivkohle-Elektrode speichert Ladung nur an ihrer Oberfläche statt im Material. Das hält mehr Zyklen aus, speichert aber deutlich weniger Energie als eine Batterie.
• Forschende der University of Maryland setzten 2026 stattdessen am Elektrolyten an. Mit fluorierten Salzen stabilisierten sie die molekulare Umgebung der Zink-Ionen. Die Testzellen erreichten über 1000 Zyklen eine Coulomb-Effizienz von 99,99 %. Fast die gesamte beim Laden eingebrachte elektrische Ladung ließ sich beim Entladen also wieder entnehmen.
• Die Florida State University sperrte die Dendriten mit einem Hydrogel aus Aramid-Nanofasern – dem Kevlar-Material – mechanisch ein.
• Und am südkoreanischen KAIST entstand eine Elektrode aus einem metallorganischen Gerüst, die nicht nur Zink-Ionen, sondern zusätzlich Protonen zur Ladungsspeicherung nutzt und so die Kapazität steigert.

Wer baut bereits Zink-Ionen-Batterien?

Bisher haben nur wenige Firmen den Weg aus dem Labor heraus geschafft. In Europa waren die Schweden vom Start-up Enerpoly Vorreiter: Sie eröffneten im September 2024 bei Stockholm die nach eigenen Angaben weltweit erste Fabrik für Zink-Ionen-Batterien. Sie ist auf eine Jahreskapazität von 100 MWh ausgelegt. Die dort produzierten Zellen aus Zink und Mangandioxid zielen auf Heim- und Netzspeicher mit Speicherdauern von 2 bis 10 h, die Energiedichte gab Enerpoly mit 106,4 Wh/kg an.

Im Sommer 2025 musste das Unternehmen jedoch Insolvenz anmelden; Ende 2025 übernahm die MK Plus Sweden AB die Anlagen. Unter dem Namen Vanadis Energy entwickelt sie dort mit Förderung der schwedischen Energieagentur Zink-Ionen- und Vanadium-Festkörperbatterien weiter.

In den USA verkauft Eos Energy kommerzielle Großspeicher auf Zinkbasis – allerdings mit einer Zink-Hybridkathode, deren wässriger Elektrolyt Zinkbromid enthält und damit eine Schwestertechnologie der reinen Zink-Ionen-Zelle ist.

Auch die deutsche Forschung bereitet die Fertigung vor: Das Fraunhofer ISE hat bereits in den Projekten InFAB und WinZIB2 an der Fertigung von Zink-Ionen-Batterien für stationäre Speicher gearbeitet. 2026 erprobte das Institut seine neue Dickschicht-Elektrodenarchitektur, die bis zu 15 % mehr Energie bei gleichem Zellgewicht verspricht, auch an Zink-Ionen-Laborzellen.

In China formiert sich derweil eine aktive Zink-Szene. Dort findet auch viel Grundlagenforschung statt. Das Hongkonger Start-up Amazinc Energy, eine Ausgründung der City University of Hong Kong, baut etwa mit staatlicher Förderung eine Fertigung für wässrige Zink-Batterien auf und peilt binnen drei Jahren eine Jahreskapazität von 1 GWh an. Die Zellen sollen Blei-Akkus als Notstromversorgung in Rechenzentren ersetzen.

Was kostet eine Zink-Ionen-Batterie?

Belastbare Marktpreise gibt es für Zink-Ionen-Batterien noch nicht. Aber es gibt Zielmarken: Enerpoly bezifferte 2019 die Zellkosten seines Prototyps im EU-Förderprojekt ENERZ auf unter 50 € pro kWh.

Die Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien legen die Messlatte seitdem allerdings immer tiefer. Batteriepacks für stationäre Lithium-Speicher kosteten 2025 nach Zahlen des Marktforschers BloombergNEF im weltweiten Schnitt nur noch 70 US-$ pro kWh, 45 % weniger als im Jahr zuvor. Schlüsselfertige Großspeicher lagen im globalen Mittel bei 117 US-$ pro kWh, in China bei 73 US-$. Die Zink-Ionen-Batterie tritt also nicht gegen einen stehenden Gegner an, sondern gegen ein Massenprodukt, dessen Preis von Jahr zu Jahr fällt.

Ihre Chance liegt deshalb bei den geringeren Kosten des Gesamtsystems. Dazu könnten unter anderem eine einfachere Fertigung ohne Trockenräume, ein geringerer Brandschutzaufwand und gut verfügbare Rohstoffe beitragen.

Warum bleibt die Technik im Labor?

Die Laborrekorde stammen fast immer aus Knopfzellen mit winzigen Elektrodenflächen und einem Überschuss an Zink und Elektrolyt. Zink-Ionen-Zellen im flachen Pouch-Format, wie sie in echten Speichern stecken, gibt es im Labor zwar schon länger, etwa eine Zink-Mangandioxid-Zelle mit 75,2 Wh/kg aus dem Jahr 2017. Die Ergebnisse auf große, industriell gefertigte Zellen zu übertragen, ohne Lebensdauer und Energiedichte einzubüßen, ist aber noch nicht gelungen.

Die Probleme dabei listet eine Übersichtsarbeit in Energy & Environmental Science auf: Um Industriestandards gerecht zu werden, brauchen Batterien hohe flächenbezogene Kapazitäten. In größeren Batterien lösen Dendriten aber schneller Kurzschlüsse aus, und Korrosion und Nebenreaktionen erzeugen mehr Ablagerungen, die die Spannungsverluste erhöhen. Hier besteht noch viel Optimierungspotenzial.

Einen weiteren Nachteil wird die Forschung kaum jemals ausgleichen können: Bei der Energiedichte bleiben Zink-Ionen-Zellen absehbar deutlich hinter Lithium-Zellen zurück, und auch die meisten heutigen Natrium-Zellen erreichen höhere Werte. Zink-Speicher brauchen also mehr Platz und Material für dieselbe Energiemenge. Für die Nutzung in stationären Anlagen ist das verschmerzbar. Ob sie dadurch pro Kilowattstunde teurer werden als Lithium-Speicher, hängt davon ab, wie viel sie bei Rohstoffen und Fertigung einsparen.

Welche anderen Zink-Batterien gibt es?

Die bekannteste Verwandte der Zink-Ionen-Batterie ist die Zink-Luft-Batterie. Sie steckt vor allem in Hörgeräten und nutzt Sauerstoff aus der Umgebungsluft als Reaktionspartner. Damit kann sie theoretisch bis zu fünfmal mehr Energie speichern als ein Lithium-Ionen-Akku. Ihr Schwachpunkt ist das Wiederaufladen, denn die Sauerstoffreaktionen laufen nur mit einem Katalysator zuverlässig in beide Richtungen.

Daran arbeitet unter anderem die TU Darmstadt. Ein Team um Jörg J. Schneider stellte im Herbst 2026 einen Katalysator aus Eisen, Nickel und Kohlenstoff-Nanomaterialien vor. Ein Team um Jörg J. Schneider stellte im Herbst 2026 einen Katalysator aus Eisen, Nickel und Kohlenstoff-Nanomaterialien vor. Eine wiederaufladbare Zink-Luft-Testzelle lief damit über 100 Lade- und Entladezyklen und mehr als 300 h stabil (Advanced Science). Von der Zyklenfestigkeit einer Zink-Ionen-Zelle ist das noch recht weit weg, zeigt aber, dass auch diese Variante wieder Fahrt aufnimmt.

Wann wird die Zink-Ionen-Batterie konkurrenzfähig?

Um diese Frage zu beantworten, muss man sich die möglichen Einsatzorte anschauen.

• Im Smartphone oder E-Auto wird die Zink-Ionen-Batterie das Lithium wegen ihrer geringen Energiedichte absehbar nie ersetzen.
• Bei stationären Batteriespeichern, wo Gewicht kaum zählt, Sicherheit, Rohstoffkosten und Lebensdauer aber wichtiger sind, sieht es anders aus. Dort muss sie sich allerdings gegen immer billigere Lithium-Eisenphosphat-Zellen und die aufstrebende Natrium-Ionen-Technik behaupten, die beide bereits in Serie laufen.

Die Zink-Ionen-Technik ist von einer vergleichbaren Serienreife noch weit entfernt. Ob die Technologie konkurrenzfähig wird, dürfte vor allem von vier Faktoren abhängen:

• die Größe bzw. das Zellformat
• die flächenbezogene Kapazität
• die Wasserstoffentwicklung
• die Lebensdauer

Einen realistischen Termin für die breite Marktreife kann derzeit wohl niemand nennen. Erst wenn erste Pilotfertigungen zeigen, dass sich die Zellen in großen Stückzahlen zuverlässig und günstig herstellen lassen, wird sich ein Zeitpunkt abschätzen lassen. Dass der Weg zur Serienreife steinig sein kann, zeigt die Insolvenz von Enerpoly Ende 2025.

Liefern die Hersteller aber irgendwann überzeugende Werte und senken die Kosten pro Kilowattstunde unter die der Lithium-Konkurrenz, dürfte die Zink-Ionen-Batterie ihren Platz im Stromnetz finden. Nicht als Allrounder, sondern als Nischenlösung für Speicher, die besonderen Sicherheitsanforderungen unterliegen.

FAQ

Sind Zink-Ionen-Batterien schon kaufbar?
Vereinzelt. In den USA verkauft Eos Energy Großspeicher mit verwandter Zink-Halogen-Chemie. Reine Zink-Ionen-Zellen gibt es bisher nur aus Labor- und Pilotfertigungen. Ein Massenprodukt wie Lithium-Zellen sind sie noch nicht.

Können Zink-Ionen-Batterien brennen?
Kaum. Ihr Elektrolyt besteht aus Wasser mit gelösten Zinksalzen und ist nicht entflammbar. Das Risiko eines thermischen Durchgehens wie bei Lithium-Ionen-Akkus ist dadurch deutlich geringer. Ganz ohne Risiko sind sie trotzdem nicht, denn bei Nebenreaktionen kann sich Wasserstoff bilden.

Warum eignen sich Zink-Ionen-Batterien nicht für E-Autos?
Ihre Energiedichte liegt mit rund 50–110 Wh/kg deutlich unter der von Lithium-Zellen. Für dieselbe Reichweite wäre der Akku zu schwer und zu groß. Im stationären Einsatz spielt das kaum eine Rolle.

Ist Zink ein seltener Rohstoff?
Nein. Zink zählt zu den häufigsten Metallen der Erdkruste, wird weltweit und auch in Europa abgebaut und ist deutlich günstiger als Lithium, Kobalt oder Nickel.

Quellen

Marktdaten und Preise

• IEA: Batteries and Secure Energy Transitions
• BloombergNEF: Energy Storage Systems Cost Survey 2025 (via Energy-Storage.news)
• BloombergNEF: Lithium-Ion Battery Price Survey 2025 (via Energy-Storage.news)
• EU-Liste kritischer Rohstoffe
• IEA: Global Energy Review 2026

Forschung

• University of Waterloo: Zink-Vanadiumoxid-Zelle (Nature Energy)
• KIST: Dendritensteuerung per getaktetem Strom (ingenieur.de)
• TU München: Schutzschicht für Zink-Anoden
• University of Maryland: Elektrolyt mit sekundärer Solvatationshülle (Nature Nanotechnology)
• Florida State University: Zink-Kevlar-Batterie (ACS Omega)
• KAIST: MOF-Elektrode (Chem)
• Energy & Environmental Science: Übersichtsarbeit zur Skalierung von Zink-Batterien
• TU Darmstadt: Katalysator für Zink-Luft-Batterien (Advanced Science)
• Fraunhofer ISE: Dickschicht-Elektroden
• Nature Communications: Zink-Mangandioxid-Pouch-Zelle
• TU München: Studie zur Schutzschicht (Advanced Energy Materials)

Unternehmen

• Enerpoly
• EU-Förderprojekt ENERZ (Cordis)
• CB Insights: Enerpoly-Insolvenz
• Vanadis Energy: Übernahme und Förderprojekt
• Eos Energy
• Amazinc Energy (via Interesting Engineering)