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Magnesiumbatterien als Energiespeicher der Zukunft

| Autor / Redakteur: Martin Heidelberger* / Christian Lüttmann

Forschende am HIU montieren Magnesiumbatterien unter Argon-Schutzgas.
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Forschende am HIU montieren Magnesiumbatterien unter Argon-Schutzgas. (Bild: Laila Tkotz/KIT)

Mit einem neuen Forschungsprojekt sollen Magnesiumbatterien als alternativer Energiespeicher zu den üblichen Lithium-Ionen-Batterien vorangebracht werden. Welche Vorteile Magnesium als Batteriematerial bietet, erfahren Sie in diesem Artikel.

Karlsruhe – Ob im Smartphone oder im Elektroauto – Lithiumbatterien sind heute in zahlreichen Geräten verbreitet. Eine Magnesiumbatterie hätte aber im Vergleich zu konventionellen Lithium-Ionen-Batterien entscheidende Vorzüge: Magnesium als Anodenmaterial ermöglicht eine höhere Energiedichte und wäre auch deutlich sicherer, wie Experten betonen. „Magnesium ist ein vielversprechendes Material und einer der wichtigsten Kandidaten unserer Post-Lithium-Strategie“, sagt Professor Maximilian Fichtner, der stellvertretende Leiter des Helmholtz-Instituts Ulm (HIU). „Eine breite Verfügbarkeit von Magnesiumbatterien könnte die Elektromobilität und den Ausbau dezentraler Heimspeicher entscheidend voranbringen.“

In dem EU-geförderten Projekt „European Magnesium Interactive Battery Community“, kurz E-Magic, vereinen Partner aus der Forschung alle notwendigen Schritte zur Entwicklung von Magnesiumbatterien, von der Grundlagenforschung bis zu den Prozessen bei der Zellproduktion. Die Wissenschaftler des HIU wollen dabei vor allem dazu beitragen, die Batterien auf Ebene der Materialien zu verstehen und neue Lösungen für derzeitige Hindernisse zu schaffen. „Die besondere Herausforderung bei Magnesiumbatterien ist eine lange Lebensdauer“, sagt Dr. Zhirong Zhao-Karger, die in der Forschungsgruppe Festkörperchemie des HIU die Aktivitäten des neuen Forschungsprojekts koordiniert.

Ergänzendes zum Thema
 
Über das Projekt E-Magic

Vorteile von Magnesiumbatterien

Doch auch wenn eine Verlängerung der Lebensdauer von Magnesiumbatterien noch schwierig ist, hat Magnesium als Batteriematerial eine Reihe positiver Eigenschaften: So bilden sich zum Beispiel an den Magnesium-Anoden keine Dendrite. Solche elektrochemischen Ablagerungen an den Elektroden können bei Lithium-Ionen-Batterien nadelartige Strukturen bilden und die Leistung der Batterie beeinträchtigen oder sogar gefährliche Kurzschlüsse verursachen. „Bei Magnesium gibt es keine vergleichbaren Prozesse. Deshalb können wir Magnesium in metallischer Form verwenden und so die sehr hohe Speicherkapazität des Metalls direkt nutzen. Das steigert die Leistungsfähigkeit der Batterie“, erklärt Zhao-Karger.

Neben der größeren Sicherheit und Energiedichte könnte der Einstieg in die Magnesiumtechnologie bei der Batteriefertigung außerdem dabei helfen, die Abhängigkeit von Lithium als Rohstoff zu verringern: Als Element ist Magnesium auf der Erde etwa 3000 Mal so häufig vertreten wie Lithium und kann zudem einfacher recycelt werden. Entsprechend wären Magnesiumbatterien auch günstiger als Lithium-Ionen-Batterien. Kommt Europa bei der Entwicklung zügig voran, könnten Magnesiumbatterien somit helfen, eine konkurrenzfähige Batteriefertigung in Europa zu etablieren und sich gegen die derzeit dominierenden asiatischen Produzenten von Batteriezellen zu behaupten.

* M. Heidelberger, KIT Karlsruher Institut für Technologie, 76131 Karlsruhe

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