Versteckter Lithium-Verlust: Warum Batterien mit der Zeit schwächer werden

AUDIO: Wie Lithium in Batterien verlorengeht (2 Min)

Versteckter Lithium-Verlust

Stand: 19.07.2026 05:00 Uhr

Elektroautos sind nicht aufzuhalten. Im Juni 2026 waren sie bei den Pkw-Zulassungen das erste Mal die meistverkaufte Antriebsart in Deutschland. Gleichzeitig gibt es Vorurteile, die sich hartnäckig halten. Eines davon: Die Akkus verlieren viel zu schnell ihre Kapazität. Auch wenn die Praxis mittlerweile gezeigt hat, dass das ein langsamer Prozess ist – E-Autos können hunderttausende Kilometer mit einem Akkusatz schaffen –, ist die Frage noch nicht abschließend geklärt, wie es überhaupt dazu kommt.

von MDR WISSEN

Lithium gilt als das Herz moderner Batterien. Es transportiert die elektrische Ladung und ermöglicht, dass Smartphones, Laptops oder Elektroautos Energie speichern können. Geht Lithium verloren, verliert die Batterie einen Teil ihrer Leistung – ihre Reichweite oder Laufzeit sinkt.

Ein Forschungsteam der Ruhr-Universität Bochum, des Helmholtz-Instituts Ulm und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) hat nun genauer untersucht, wohin dieses Lithium verschwindet. Das Ergebnis: Ein Teil davon wird in einer dünnen Kupferfolie festgehalten, die bisher vor allem als passives Bauteil der Batterie galt.

Lithium verschwindet im Inneren der Batterie

Die Kupferfolie dient in vielen Batterien als Träger- und Sammelschicht für elektrische Ladungen. Besonders wichtig ist sie in Lithium-Metall-Batterien, die als vielversprechende Nachfolger heutiger Lithium-Ionen-Akkus gelten. Sie könnten künftig deutlich mehr Energie speichern als heutige Batterien.

Bislang wurde weitgehend angenommen, dass die Kupferfolie mit dem Lithium kaum reagiert. Frühere Untersuchungen hatten zwar Hinweise auf Lithium-Verluste geliefert, ein direkter Nachweis fehlte jedoch. "Wo genau sich die Lithium-Ionen einlagern, war bislang aber unklar", erklärt Tong Li, Professorin am Institut für Werkstoffe der Ruhr-Universität Bochum und Hauptautorin der Studie, die jetzt in der Fachzeitschrift Advanced Energy Materials erschienen ist.

Nun gelang es den Forschenden um Tong Li und Dominic Bresser, Leiter der Forschungsgruppe "Electrochemical Energy Storage Materials" am Helmholtz Institut Ulm, erstmals, die Lithium-Atome direkt zu verfolgen. Dabei zeigte sich: Schon nach dem ersten Laden und Entladen wandern Lithium-Atome in winzige Grenzbereiche innerhalb der Kupferfolie. Dort bleiben sie teilweise dauerhaft hängen.

Bidirektionales Laden

E-Autos: Der Stromspeicher von nebenan?

Bis 2045 könnten Millionen E-Autos nicht nur fahren, sondern auch Strom speichern. Intelligentes und bidirektionales Laden könnte Gigawatt an Batteriespeichern ersetzen – wenn wichtige Hürden fallen.

Der Schaden beginnt früher als gedacht

Mit jedem weiteren Laden verändert sich die Kupferfolie. Durch mechanische Belastungen entstehen immer mehr winzige Defekte im Material. Diese Defekte wirken wie Fallen für Lithium. Dort sammelt es sich an und steht für die Energiespeicherung nicht mehr zur Verfügung.

Nach nur drei Ladezyklen fanden die Forschenden bereits deutliche Veränderungen in den obersten rund 100 Nanometern der Kupferfolie. Das Material wurde feinkörniger, teilweise oxidiert und enthielt zahlreiche zusätzliche Fehlstellen. Nach acht Ladezyklen war deutlich mehr Lithium in der Folie eingeschlossen als zu Beginn.

Hinzu kommt ein weiterer Effekt: Auch Sauerstoff und Kohlenstoff dringen mit der Zeit in die Kupferfolie ein. Die Studie deutet darauf hin, dass insbesondere Sauerstoff weitere Lithium-Atome festhalten kann und den Verlust sogar verstärkt.

Was ist Atomsondentomografie?

Um das verschwundene Lithium aufzuspüren, nutzte das Forschungsteam die Atomsondentomografie.
Dabei wird aus dem Material eine extrem feine Spitze hergestellt – tausendfach dünner als ein menschliches Haar. Anschließend werden einzelne Atome nacheinander aus der Probe gelöst und analysiert.
Aus Millionen solcher Messpunkte entsteht eine dreidimensionale Karte des Materials. Forschende können dadurch erkennen,
• welche Atome vorhanden sind,
• wo sie sich befinden,
• und wie sie im Material verteilt sind.
Die Methode erreicht eine Auflösung im Bereich einzelner Atome und eignet sich besonders für sehr leichte Elemente wie Lithium, die mit vielen anderen Verfahren nur schwer nachweisbar sind. Genau deshalb konnte das Team erstmals direkt zeigen, an welchen Stellen das Lithium in der Kupferfolie feststeckt. Quelle: Uni Stuttgart

Warum die Entdeckung wichtig ist

"All diese Informationen sind wichtig, um zu verstehen, wie der Stromkollektor die Leistung von Lithium-Batterien der Zukunft beeinflusst", erklärt Tong Li. Besonders sogenannte anodenfreie Batterien gelten als Hoffnungsträger für Elektroautos mit größeren Reichweiten. Bei dieser Technik wird mit extrem geringen Lithium-Reserven gearbeitet. Jeder Verlust wiegt deshalb deutlich schwerer als bei heutigen Akkus.

Genau hier sehen die Forschenden die Bedeutung ihrer Arbeit. Bislang konzentrierte sich die Forschung vor allem auf Lithium-Verluste durch chemische Reaktionen im Elektrolyten oder auf sogenanntes "totes Lithium", das nicht mehr genutzt werden kann. Der Kupfer-Stromsammler spielte dagegen kaum eine Rolle. Die neue Studie zeigt nun, dass auch dieses Bauteil zur Alterung von Batterien beitragen kann.

Video: Die Revolution der Erneuerbaren (1) (44 Min)

Ein wichtiger Schritt zu langlebigeren Akkus

Die Untersuchung liefert noch keine unmittelbare Lösung für das Problem. Sie zeigt aber erstmals auf atomarer Ebene, wo Lithium verloren geht und wie sich dieser Verlust mit jedem Ladezyklus verstärkt.

Für die Batterieentwicklung sei das ein wichtiger Fortschritt, so die Forschenden. Künftige Kupferfolien könnten etwa besser beschichtet oder gezielt verändert werden, sodass sich weniger Defekte bilden und weniger Lithium verloren geht. Auch neue Ladeverfahren könnten helfen.

Die Arbeit liefert damit ein weiteres Puzzleteil auf dem Weg zu leistungsfähigeren und langlebigeren Energiespeichern. Gerade für Elektroautos und die Speicherung von Strom aus Wind- und Solaranlagen könnte dieses Wissen künftig von großer Bedeutung sein.

gp/rub/hiu/adac/copilot