Graphen könnte die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien stark erhöhen – doch es gibt noch einige Hindernisse

Lithium-Ionen-Batterien sind derzeit die am weitesten verbreitete Option zur Speicherung von Energie in elektrochemischer Form. Insbesondere Graphen besitzt jedoch besondere Eigenschaften und gilt als vielversprechender Kandidat, um Lithium-Ionen-Batterien zu einer höheren Leistungsfähigkeit zu verhelfen. Grund dafür sind die elektronischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften von Graphen, die es in Zukunft ermöglichen könnten, die Kohlenstoffmodifikation Graphit in der Anode von Lithium-Ionen-Batterien zu ersetzen.

Der große Durchbruch von Batterien auf Graphenbasis steht jedoch noch aus, auch wenn aus technologischer Sicht bereits deutliche Fortschritte zu verzeichnen sind. Der Einsatz von Graphen könnte die Energiedichte von Batterien deutlich erhöhen: Studien sprechen von einer Steigerung um mehr als 30 Prozent, wenn Graphen als Zusatz zu Silizium-Kohlenstoff-Kompositen hinzugefügt wird. Zudem verspricht der Einsatz von Graphen in Lithium-Ionen-Batterien kürzere Ladezeiten und eine bessere Schnellladung.

Trotz des "anhaltenden Interesses an Graphen-basierten Lösungen in der Batteriebranche" muss laut Studienautor Maximilian Stephan erst eine "stabile und bedarfsgerechte Lieferkette" aufgebaut werden. Denn derzeit gibt es noch keine kosteneffizienten Herstellungsverfahren für solche Graphen-Batterien und die Graphen-Preise sind nach wie vor hoch. Dennoch halten die Autoren der Studie "Graphene Roadmap Briefs (No. 4): innovation prospects for Li-ion batteries" vom Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI) einen Markterfolg von Graphen in der Batterietechnologie für möglich.

So arbeiten viele Unternehmen und Start-ups an innovativen Methoden für die Graphen-Produktion mit unterschiedlichen Ansätzen. Beispielsweise wird hochreines Graphen verwendet, um den höheren Preis für potenzielle High-End-Batterien zu rechtfertigen. Andererseits versuchen andere Hersteller, großtechnische und kostengünstige Produktionsmethoden für diesen Batterietyp zu etablieren. Diese Fortschritte in der Herstellung und Materialforschung könnte Graphen zu einem wichtigen Batteriematerial der Zukunft machen.