Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP präsentiert auf der Fachmesse InterBattery 2026 neue Materialen für Batterien der nächsten Generation. Dabei fokussiert das Institut auf Polymerelektrolyte, biobasierte Carbonmaterialien, Membranen, Separatoren und Katalysatoren. Das Fraunhofer IAP entwickele diese für industrielle Anwendungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette, teilte es mit. »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«, so Dr. Benjamin Heyne, Leiter der Abteilung Energiematerialien am Fraunhofer IAP.

Konventionelle Batterien basieren überwiegend auf flüssigen Elektrolyten, die bei Beschädigung Sicherheitsrisiken bergen und in ihrem Temperaturbereich begrenzt sind. Das Fraunhofer IAP arbeite daher an festen Polymerelektrolyten. Diese ermöglichten einen effizienten Ionentransport, seien mechanisch stabil, nicht flüchtig und böten verbesserte thermische Eigenschaften. Einige der entwickelten Systeme erreichen bereits hohe ionische Leitfähigkeiten. Durch gezielte molekulare Anpassung ließen sich mechanische, thermische und elektrochemische Eigenschaften präzise einstellen.

Die Materialien seien ferner mit verschiedenen Systemen kompatibel, darunter Natrium-Ionen-, Zink-Luft- oder Lithium-Ionen-Batterien. Neben rein polymeren Elektrolyten entwicklen die Forschenden auch Polymerkompositelektrolyte: Kombinationen von organischen und anorganischen Komponenten. Dadurch ließen sich Leitfähigkeit, Stabilität und Sicherheit weiter optimieren. Auch Polymerkomposit-Kathoden kämen zur Anwendung. Das seien Kombinationen eines Kathodenmaterials wie z. B. Natrium-Vanadium-Phosphat (NVP) mit der Polymermatrix. Da dieselbe Polymermatrix wie im Polymerelektrolyten zum Einsatz komme, ließsen sich Grenzflächenwiderstände zwischen Kathode und festem Polymerelektrolyten vermeiden.

Membranen und Separatoren übernehmen in Batterien eine zentrale Sicherheits- und Funktionsrolle. Sie trennen die Elektroden voneinander und ermöglichen gleichzeitig einen selektiven Ionentransport. Das Fraunhofer IAP entwickelt chemisch und mechanisch stabile Separatoren mit gezielt einstellbarer Porenarchitektur. Porengröße und Porosität ließen sich an spezifische Anforderungen angepassen. Ein besonderer Fokus liegt auf PFAS-freien Lösungen, denn die schwer abbaubaren Stoffe stehen zunehmend in der Kritik. PFAS-freie Materialien werden zukünftig die Zulassung neuer Batteriesysteme erleichtern. Sie sind dabei nicht nur umweltfreundlicher, sondern zugleich leistungsfähiger und langlebiger.

Elektroden auf Basis von Lignin

Für Elektroden entwickelt das Fraunhofer IAP zudem biobasierte Carbonmaterialien auf Basis der nachwachsenden Rohstoffe Cellulose und Lignin. Sie bieten neben ökonomischen und ökologischen Vorteilen auch vielfältige Möglichkeiten zur Strukturbildung. Während der Präkursorherstellung und der Carbonisierung ließen sich z. B. Porenstruktur, spezifische Oberfläche, elektrische und thermische Leitfähigkeit, chemische Reinheit und Funktionalisierung gezielt eingestellen.

Im Bereich der Katalysatoren sei es ein Ziel, den Einsatz kritischer Elemente deutlich zu reduzieren und gleichzeitig hohe katalytische Aktivität sowie Langzeitstabilität zu gewährleisten. Partikelgröße, Oberflächenchemie und strukturelle Eigenschaften werden präzise kontrolliert, um reproduzierbare industrielle Prozesse zu ermöglichen.

Die Materialien befinden sich derzeit im fortgeschrittenen Entwicklungsstadium. Funktionsmuster liegen im Labormaßstab vor, erste Tests in vollständigen Batteriezellen laufen.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP | www.solarserver.de © Solarthemen Media GmbH