Leistungsfähiger,
günstiger und sicherer als Lithium-Ionen-Batterien: Das erhoffen sich
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für
Technologie (KIT) sowie ihre Kooperationspartner von neuartigen
Magnesium-Batterien, die sie im Forschungsprojekt E-MAGIC entwickeln
wollen. Das von der Europäischen Union (EU) mit über 6,5 Millionen Euro
finanzierte Forschungsprojekt bündelt relevante Aktivitäten
verschiedener europäischer Wissenschaftsinstitutionen.

Eine Magnesiumbatterie
hätte im Vergleich zu konventionellen Lithium-Ionen-Batterien
entscheidende Vorzüge: Magnesium als Anodenmaterial ermöglicht eine
höhere Energiedichte und wäre auch viel sicherer. „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), einem vom KIT
in Kooperation mit der Universität Ulm und den assoziierten Partnern
DLR und ZSW gegründeten Forschungsinstitut zur Erforschung und
Entwicklung elektrochemischer Batteriekonzepte. „Eine breite
Verfügbarkeit von Magnesiumbatterien könnte die Elektrifizierung von
Mobilität und den Ausbau dezentraler Heimspeicher entscheidend
voranbringen.“ Um die Entwicklung des neuartigen Batterietyps zu
beschleunigen, kooperiert das HIU im Forschungsprojekt European
Magnesium Interactive Battery Community (E-MAGIC) nun mit weiteren
wissenschaftlichen Institutionen auf dem Gebiet der Batterie- und
Materialforschung. Das im Programm „Horizon 2020“ von der EU geförderte
Forschungsprojekt bündelt die Expertise von insgesamt zehn
wissenschaftlichen Einrichtungen, das HIU erhält einen hohen
sechsstelligen Betrag. Koordiniert wird E-MAGIC von der spanischen
Fundación Cidetec.

In E-MAGIC vereinen die
Partner alle notwendigen Schritte zur Entwicklung von
Magnesium-Batterien, von der Grundlagenforschung bis zu den Prozessen
bei der Zellproduktion. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des
HIU wollen dabei vor allem dazu beitragen, die Hindernisse und
Herausforderungen auf Ebene der Materialien zu verstehen und neue
Lösungen für derzeitige Hindernisse zu schaffen. „Die besondere
Herausforderung bei Magnesiumbatterien ist eine lange Lebensdauer“,
erklärt Dr. Zhirong Zhao-Karger, die in der Forschungsgruppe
Festkörperchemie des HIU die Aktivitäten des neuen Forschungsprojekts
koordiniert. Doch es gibt eine Reihe positiver Eigenschaften des neuen
Batteriematerials, die man nutzen wolle: 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 Störungen 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“, so 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 3 000 Mal so häufig vertreten wie Lithium
und kann im Gegensatz dazu einfacher recycelt werden. Entsprechend wären
Magnesiumbatterien auch günstiger als Lithium-Ionen-Batterien. Kommt
Europa bei der Entwicklung zügig voran, könnten Magnesiumbatterien
außerdem dabei helfen, die Dominanz der asiatischen Produzenten von
Batteriezellen zu vermindern und eine konkurrenzfähige Batteriefertigung
in Europa zu etablieren.

Mehr Informationen:

https://cordis.europa.eu/project/rcn/218681_en.html

Über das Helmholtz-Institut Ulm

Das Helmholtz-Institut
Ulm (HIU) wurde im Januar 2011 vom Karlsruher Institut für Technologie
(KIT) als Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft in Kooperation mit der
Universität Ulm gegründet. Mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und
Raumfahrt (DLR) sowie dem Zentrum für Sonnenenergie- und
Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) sind zwei weitere
renommierte Einrichtungen als assoziierte Partner in das HIU
eingebunden. Das internationale Team aus rund 120 Wissenschaftlerinnen
und Wissenschaftlern forscht im HIU an der Weiterentwicklung der
Grundlagen von zukunftsfähigen Energiespeichern für den stationären und
mobilen Einsatz.

Mehr zum HIU: http://www.hiu-batteries.de/

Details zum KIT-Zentrum Energie: http://www.energie.kit.edu