Magnesium im Akku
Israelische Chemiker haben einen umweltfreundlicheren Festkörper-Akku auf der Basis von Magnesium-Ionen hergestellt.
Lithium-Ionen-Akkus sind der Stolz aller Batteriehersteller. Sie haben keinen Memory-Effekt, lassen sich also auch im halb entladenen Zustand wieder aufladen, sind relativ leicht und speichern viel Energie pro Gewicht. Allerdings sind die verwendeten Materialien oft giftig und treiben dadurch die Kosten in die Höhe. Israelische Chemiker haben jetzt einen umweltfreundlicheren Festkörper-Akku auf der Basis von Magnesium-Ionen hergestellt.
Die hohe Kunst der Akku-Entwicklung ist die Auswahl von Elektroden und Elektrolyt. In Lithium-Ionen-Akkus verwendet man für die Kathode häufig eine Verbindung mit dem als krebserregend geltenden Kobalt sowie einen flüssigen, leicht entzündlichen Elektrolyt, der in hermetisch abgedichtete Edelstahl- oder Alugehäuse eingekapselt wird.
In einem Akku wandern die Ionen beim Laden von der Kathode zur Anode, wo sie im Festkörpergitter der Elektrode eingelagert werden. Im Batteriebetrieb driften sie durch den Elektrolyten zurück zur Kathode. Die israelischen Forscher von der Bar-Ilan Universität verwendeten für ihren neuen Akku als Anode eine Magnesium-Legierung – reines Magnesium wäre zu spröde – mit einigen Prozent Zink und Aluminium. Als Elektrolyt diente ihnen ein schwammartiges Polymer-Gel, in dessen Matrix sie ein Magnesiumsalz einlagerten. Die größte Herausforderung war die Entwicklung einer Kathode mit hoher Einlagerungsfähigkeit (Interkalation). Daron Aurbach und seine Mitarbeiter nutzten Molybdänsulfid, in das sich die Magnesium-Ionen reversibel einlagern ließen.
Auf diese Weise konstruierten sie einen Magnesium-Ionen-Akku mit einer Spannung von etwa 1 Volt, der sich mindestens einige Dutzend Mal entladen und wiederaufladen lässt. Mit 10 Wh/kg liegt die spezifische Energiedichte noch etwa einen Faktor zehn unter den Werten für kommerziell erhältliche Li-Ionen-Akkus und ist damit zu gering für tragbare Systeme. Für stationäre Systeme und Autos könnte sich der Magnesium-Akku dagegen eines Tages als die preiswertere Alternative erweisen. Aurbach betont, dass man Magnesium-Ionen-Akkus einige 1000-mal aufladen könne, Lithiumionen-Akkus dagegen nur rund 500-mal.
Max Rauner
Quelle: Physik Journal, Juni 2003, S. 14
Weitere Infos:
- Originalveröffentlichung:
O. Chusid et al., Adv. Mater. 15, 627 (2003)
