Magnesium wird Lithium in Batterien ersetzen

Forscher des Toyota Institute (Nordamerika) haben vorgeschlagen, Batterien auf Magnesiumbasis zu entwickeln. Laut Ingenieuren eignet sich dieses Element gut für Batterien. Darüber hinaus sind solche Batterien im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien sicherer und effizienter und eignen sich für verschiedene Geräte – vom Telefon bis zum Auto.

Lithium ist an der Luft leicht entflammbar, daher können daraus hergestellte Batterien gefährlich sein. Um die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien zu verbessern, wurde ein Verfahren angewendet, bei dem Lithium mit Graphitstäben kombiniert und die Anzahl der Ionen reduziert wurde. Dies trug zu einer geringeren Dichte bei und begrenzte die gespeicherte Energiemenge.

Magnesium ist ein stabileres Element, insbesondere bei Wechselwirkung mit Luft, und es ist zudem energieintensiver als Lithium. Allerdings hat sich die Herstellung eines Elektrolyten mit Magnesium, der Energie effektiv übertragen kann, als ziemliche Herausforderung erwiesen.

Die Situation änderte sich dramatisch, als Rana Mohtadi, eine leitende Wissenschaftlerin bei Toyota, belauschte, wie ihre Kollegen über die Probleme bei der Entwicklung eines Elektrolyten diskutierten, der Energie übertragen kann, ohne Magnesium zu zerstören. Dies brachte sie auf die Idee, die Eigenschaften von Materialien zur Wasserstoffspeicherung auf eine Magnesiumbatterie zu übertragen. Rana Mohtadi teilte ihre Gedanken mit ihren Kollegen, und die Wissenschaftler begannen umgehend mit der Untersuchung von Mohtadis Hypothese.

Laut dem Leiter der Toyota-Forschungsgruppe kann die Entdeckung nicht einer einzelnen Person zugeschrieben werden, sondern ist das Verdienst mehrerer Forscher des Instituts, die in einem Team zusammenarbeiteten. Die Forscher haben bereits eine Beschreibung ihrer Arbeit erstellt und in einer der wissenschaftlichen Publikationen veröffentlicht. Die Toyota-Ingenieure hoffen, dass ihre Entdeckung anderen Wissenschaftlern helfen wird, alltagstaugliche Magnesiumbatterien zu entwickeln, die nicht weniger beliebt sein werden als die heutigen Lithium-Ionen-Batterien.

Experten zufolge konnten magnesiumbasierte Batterien aufgrund ihrer Abhängigkeit von Chloridsystemen ihr Potenzial nicht voll ausschöpfen. Elektrolyte wiesen zwar eine hohe anodische Stabilität auf, die Zerstörung metallischer Komponenten führte jedoch zu einer Leistungsminderung der Batterie. Toyota-Spezialisten verwendeten Borclusteranionen, Monocarborane, die ein einfaches Magnesiumsalz bilden, das vollständig mit metallischem Magnesium kompatibel ist. Die Batterie zeigte eine oxidative Stabilität, die die von Etherlösungsmitteln deutlich übertraf. Die Passivität und die nicht aggressiven Eigenschaften des Magnesiumelektrolyten ermöglichen die Standardisierung der Testmethoden für die Kathode in Standard-Flachbatterien. Diese Entdeckung eröffnet Forschern neue Möglichkeiten bei der Entwicklung von Magnesiumelektrolyten und deren Anwendungen.

Bis zur Entwicklung magnesiumbasierter Batterien bleibt von den Forschern noch viel zu tun. Vorläufige Schätzungen gehen davon aus, dass derartige Batterien in 15 bis 20 Jahren verfügbar sein werden.

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