Wiederaufladbare Mini-Batterien sollen die Medizintechnik verändern

Sie sind winzig, unscheinbar und werden doch millionenfach gebraucht: kleine Batterien in Hörgeräten, Insulinpumpen oder Glukosesensoren. Für viele Patienten gehören sie zum Alltag wie Schlüsselbund oder Brille. Nur haben die heutigen Einwegbatterien einen Haken. Sie müssen regelmäßig ersetzt werden, landen danach im Abfall und sind gerade für ältere oder eingeschränkte Nutzer nicht immer bequem zu handhaben. Genau an dieser Stelle setzt das neue Forschungsprojekt Medicell in Baden-Württemberg an.

Das Vorhaben verfolgt ein ehrgeiziges Ziel. Miniaturisierte Lithium-Ionen-Zellen sollen so klein werden, dass sie in tragbare Medizingeräte passen, zugleich aber wiederaufladbar sind und längere Laufzeiten schaffen. Was im ersten Moment nach einer naheliegenden Weiterentwicklung klingt, ist technisch ein ziemlich kniffliges Unterfangen. Denn wenn eine Batteriezelle nur wenige Millimeter misst, verzeiht die Fertigung kaum noch Ungenauigkeiten. Ein Hauch zu viel Elektrolyt, eine ungleichmäßige Beschichtung oder ein winziger Fehler beim Verschweißen kann bereits die Leistung oder Sicherheit beeinträchtigen.

Medicell startete im März 2026 und ist auf drei Jahre angelegt. Das Land Baden-Württemberg unterstützt das Projekt mit rund acht Millionen Euro. Beteiligt sind das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg, kurz ZSW, das Karlsruher Institut für Technologie, das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung sowie VARTA Microbattery aus Ellwangen als Industriepartner.

Warum Einwegbatterien in der Medizintechnik zum Problem werden

Tragbare Medizintechnik ist in den vergangenen Jahren kleiner, leistungsfähiger und alltagstauglicher geworden. Moderne Hörgeräte sitzen nahezu unsichtbar im Ohr, Insulinpumpen begleiten Patienten unauffällig durch den Tag, kontinuierliche Glukosemesssysteme liefern rund um die Uhr Werte. Doch die Energieversorgung hinkt diesem Fortschritt in vielen Bereichen noch hinterher. Viele Geräte arbeiten weiterhin mit Primärzellen, also nicht wiederaufladbaren Batterien.

Für den Nutzer bedeutet das regelmäßige Wechsel, oft in kurzen Abständen. Für die Umwelt bedeutet es zusätzliche Abfallmengen, die bei millionenfach eingesetzten Geräten schnell ins Gewicht fallen. Wiederaufladbare Miniatur-Batteriezellen könnten hier Entlastung bringen. Sie würden den Batteriewechsel seltener machen, Ressourcen schonen und zugleich neue Gerätekonzepte ermöglichen. Ganz verschwinden die Herausforderungen damit nicht, aber der Schritt wäre deutlich.

Baden-Württembergs Wirtschaftsministerin Nicole Hoffmeister-Kraut sieht in Batterietechnologien nach Angaben ihres Hauses eine Schlüsseltechnologie für den Industriestandort. Das Projekt Medicell solle Forschung und industrielle Umsetzung enger zusammenführen und die technologische Eigenständigkeit in Baden-Württemberg und Europa stärken. Hinter dieser politischen Formulierung steckt ein handfester Punkt: Wer Batteriezellen für sensible Anwendungen selbst entwickeln und fertigen kann, ist weniger abhängig von Lieferketten, die anderswo reißen könnten.

Silizium-Anoden für mehr Energie auf engstem Raum

Im Kern geht es bei Medicell um eine neue Generation besonders kompakter Akkus. Die Projektpartner verbinden Erfahrungen aus kommerziellen Hörgerätebatterien mit Erkenntnissen aus der Batterieforschung für Elektrofahrzeuge. Das klingt nach zwei Welten, die wenig miteinander zu tun haben. Tatsächlich geht es aber in beiden Fällen um denselben Grundkonflikt: möglichst viel Energie auf möglichst wenig Raum, ohne Abstriche bei Sicherheit, Lebensdauer und Herstellbarkeit.

Eine wichtige Rolle spielen dabei siliziumhaltige Anoden. Silizium kann deutlich mehr Lithium aufnehmen als herkömmlicher Graphit und verspricht dadurch höhere Energiedichten. Allerdings quillt das Material beim Laden und Entladen stark auf. In großen Batteriezellen ist das schon anspruchsvoll genug. In Zellen mit nur wenigen Millimetern Durchmesser wird es zur Feinarbeit unter der Lupe. Deshalb müssen die Forscher nicht nur das Material anpassen, sondern auch fast jeden Produktionsschritt neu denken.

Margret Wohlfahrt-Mehrens, Batterieexpertin und Senior Advisor am ZSW, ordnet das Projekt entsprechend ein. Nach ihrer Einschätzung entstehen im Rahmen von Medicell extrem kompakte Batteriezellen für tragbare Medizintechnik, bei denen erstmals neue siliziumhaltige Anoden in dieser Größenklasse eingesetzt werden. Die geringe Bauform verlange jedoch angepasste Fertigungsprozesse, weil klassische Verfahren aus der größeren Zellproduktion nicht einfach verkleinert werden könnten.

Vom Batteriepulver zur ultradünnen Elektrode

Das ZSW koordiniert das Forschungsprojekt und übernimmt zentrale Arbeiten an Materialien und Zellformaten. Dabei untersuchen die Wissenschaftler, wie Materialeigenschaften, Prozessparameter und spätere Zellleistung zusammenhängen. Dieser Zusammenhang ist entscheidend, denn eine Batterie ist kein Baukasten, in dem sich beliebige Teile austauschen lassen. Ändert sich die Zusammensetzung einer Elektrode, kann das Trocknung, Verdichtung, Alterung und Sicherheit beeinflussen.

Ein Schwerpunkt liegt auf Silizium-Kohlenstoff-Anoden mit hohem Energieinhalt. Die Misch- und Beschichtungsverfahren müssen so genau arbeiten, dass ultradünne Elektroden mit gleichmäßiger Dicke entstehen. Schon kleine Schwankungen können später die Kapazität oder den Innenwiderstand verändern. Parallel entwickelt das ZSW NMC-Kathoden, also Kathodenmaterialien auf Basis von Nickel, Mangan und Kobalt. Hier geht es darum, viel Energie zu speichern, die Mikrostruktur zu verbessern und zugleich eine sichere Handhabung der Materialien zu erreichen.

Eine wichtige Grundlage dafür ist die Pilotanlage Powder-Up! am ZSW im Ulmer Science Park. Sie wurde 2024 in Betrieb genommen und erlaubt die Herstellung neuer Batteriematerialien in Chargen von zehn bis hundert Kilogramm. Für die Forschung ist das ein bedeutender Zwischenschritt. Im Labormaßstab gelingen viele Dinge, die später in der Produktion an banalen Fragen scheitern: Fließt das Pulver gleichmäßig? Trocknet die Beschichtung sauber? Bleibt die Qualität auch bei größeren Mengen stabil?

KIT und Fraunhofer IPA arbeiten an den kritischen Prozessschritten

Das Karlsruher Institut für Technologie konzentriert sich im Projekt auf die Trocknung und Verdichtung der Elektroden. Besonders die Kalandrierung, also das kontrollierte Walzen der Elektroden, ist für hohe Energiedichten wichtig. Wird zu wenig verdichtet, bleibt ungenutzter Raum. Wird zu stark verdichtet, leiden Porenstruktur und Ionenbeweglichkeit. Der ideale Punkt liegt irgendwo dazwischen, und genau dort beginnt die eigentliche Kunst der Zellfertigung.

Das Fraunhofer IPA entwickelt gemeinsam mit VARTA Microbattery die Prozessbedingungen für die finale Befüllung der Batteriezellen mit Elektrolyt. Auch dieser Schritt wirkt unspektakulär, ist aber kritisch. Die Zelle muss evakuiert, der Elektrolyt exakt dosiert und anschließend sauber eingeschlossen werden. Bei Miniaturzellen schrumpfen die Toleranzen auf ein Minimum. Was bei größeren Zellen noch als kleine Abweichung durchgehen mag, kann hier bereits ein Ausschlusskriterium sein.

Hinzu kommen adaptive Laserprozesse, Mikroschweißen, Echtzeitkorrekturen und automatische Dichtigkeitsprüfungen. Solche Verfahren sollen sicherstellen, dass die Zellen später den Anforderungen medizinischer Produkte standhalten. Gerade bei Geräten, die nah am Körper getragen werden oder therapeutische Funktionen unterstützen, zählt Verlässlichkeit mehr als ein schönes Datenblatt.

Industrievalidierung bei VARTA Microbattery in Ellwangen

Die wissenschaftlichen Partner entwickeln zunächst Komponenten und Prozesse vor. Anschließend sollen erste Zellen auf den Pilotlinien des ZSW gefertigt werden. Danach folgt die industrielle Validierung auf Anlagen von VARTA Microbattery in Ellwangen. Das Unternehmen ist im Markt für Hörgerätebatterien etabliert und bringt Erfahrung in der Fertigung kleiner Energiezellen ein.

Dieser Übergang vom Labor zur Industrie ist oft die heikelste Phase solcher Projekte. Eine Zelle kann im Forschungsumfeld überzeugende Werte zeigen und trotzdem an der Seriennähe scheitern. Medicell setzt daher bewusst auf eine enge Verzahnung von Materialforschung, Prozesstechnik und industrieller Prüfung. Nach Angaben der Projektpartner soll das die Chance erhöhen, dass aus den Ergebnissen nicht nur Fachaufsätze entstehen, sondern tatsächlich nutzbare Produkte.

Mögliche Einsatzfelder liegen nicht allein bei Hörgeräten. Auch Insulinpumpen, kontinuierliche Glukosemesssysteme, medizinische Sensoren oder bestimmte kabellose Elektronikgeräte könnten von den neuen Mini-Akkus profitieren. Entscheidend wird am Ende sein, ob Lebensdauer, Ladeverhalten, Sicherheit und Kosten zusammenpassen. Denn in der Medizintechnik reicht ein technischer Fortschritt allein nicht aus. Er muss im Alltag bestehen.

ZSW stärkt Batterieforschung entlang der Wertschöpfungskette

Das ZSW in Ulm gehört zu den wichtigen Einrichtungen der angewandten Batterieforschung in Deutschland. Das Institut arbeitet entlang der Batteriewertschöpfungskette, von der Materialentwicklung über Zelltechnologie bis zur industrienahen Produktionsforschung. Eine Forschungsproduktionslinie für Lithium-Ionen-Zellen ist bereits seit 2014 in Betrieb. Dort können großformatige Zellen mit Kapazitäten von bis zu 100 Amperestunden unter praxisnahen Bedingungen hergestellt werden.

Mit Powder-Up! kam 2024 eine weitere Anlage hinzu, die vor allem für innovative Kathodenmaterialien bedeutsam ist. Dadurch kann das ZSW nicht nur im kleinen Labormaßstab testen, sondern Materialien in Mengen herstellen, die näher an späteren Industrieprozessen liegen. Genau diese Brücke ist für Medicell entscheidend. Denn Miniatur-Batteriezellen für die Medizintechnik brauchen nicht nur gute Chemie, sondern auch reproduzierbare Fertigung.

Ob Medicell am Ende den Batteriewechsel im Hörgerät oder in der Insulinpumpe spürbar seltener macht, wird sich erst nach Entwicklung, Tests und Validierung zeigen. Klar ist aber schon jetzt: Die Energieversorgung tragbarer Medizintechnik wird zu einem eigenen Innovationsfeld. Und manchmal entscheidet eben nicht der große Akku im Elektroauto über den nächsten Fortschritt, sondern eine winzige Zelle, kaum größer als ein Knopf.