Magnesium-Ionen-Batterien bieten eine sichere und kostengünstige Alternative mit hoher Energiedichte zu den derzeitigen Lithium-Ionen-Batterien. Ihr Weg zur Kommerzialisierung ist jedoch mit Herausforderungen gepflastert, darunter befinden sich zum Beispiel die begrenzten elektrochemischem Möglichkeiten in wässrigen Systemen und die schlechte ionische Leitfähigkeit in nicht-wässrigen Systemen zu überwinden.
Nun hat ein Forschungsteam des Fachbereichs Maschinenbau der Universität Hongkong (HKU) eine Quasi-Festkörper-Magnesium-Ionen-Batterie entwickelt, die ein Spannungsplateau bei 2,4 Volt und eine Energiedichte von 264 Wattstunden pro Kilogramm aufweist und damit die Leistung aktueller Magnesium-Ionen-Batterien übertrifft und fast die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien erreicht.
Zuvor hatte dasselbe Forscherteam eine Wasser-in-Salz-Magnesium-Ionen-Batterie mit einer Betriebsspannung von über zwei Volt entwickelt, die jedoch mehr Protonen- statt Magnesium-Ionen in der Kathode speicherte und somit in ihrer Leistungsfähigkeit noch hinter den nicht-wässrigen Pendants zurückblieb.
„Wasserstoff-Ionen oder Protonen sind im Vergleich zu den Metall-Ionen kleiner und leichter“, sagt Sarah Leong, HKU-Forscherin und Erstautorin der Studie. „Aufgrund ihrer Größe können Protonen leicht in die Kathodenstruktur der Batterie gelangen. Dies führt jedoch zu einem Problem, da Protonen und Magnesium-Ionen um den Platz konkurrieren, was die Speicherkapazität und die Lebensdauer der Batterie stark einschränkt.“
Die Forscher haben das frühere Design verbessert, indem sie einen polymerverstärkten Elektrolyten einführten, um die Konkurrenz zwischen Protonen und Metall-Ionen zu kontrollieren und das Netzwerk von Wasserstoffverbindungen einzuschränken.
„Dies ist eine bahnbrechende Entwicklung“, sagte HKU-Professor Dennis Leung. „Unsere Quasi-Festkörper-Magnesium-Ionen-Batterie vereint das Beste aus beiden Welten: Sie bietet die hohe Spannung nicht-wässriger Systeme und die Sicherheit und Kosteneffizienz wässriger Systeme. Sie stellt einen großen Schritt nach vorn in der Entwicklung von Hochleistungs-Magnesium-Ionen-Batterien dar.“
In umfangreichen Zyklustests stellte das Forschungsteam fest, dass die Quasi-Festkörper-Magnesium-Ionen-Batterie selbst unter extremen Bedingungen mit Temperaturen bis zu minus 22 Grad Celsius nach 900 Zyklen noch 90 Prozent ihrer Kapazität behielt.
Die Batterie ist außerdem nicht entflammbar und widerstandsfähig gegen hohe Druckbelastungen, was sie zu einem vielversprechenden Kandidaten für Unterhaltungselektronik macht, auch in kälteren Klimazonen.
„Die in unserer Forschung vorgestellte Strategie zur Entwicklung eines fortschrittlichen Elektrolyten hat das Potenzial, über Magnesium-Ionen-Batterien hinaus auch andere mehrwertige Metall-Ionen-Batterien wie Zink-Ionen- und Aluminium-Ionen-Batterien zu entwickeln“, sagte HKU-Assistenzprofessor Wending Pan. „Wir glauben, dass diese Studie den Weg für die nächste Generation von Energiespeicherlösungen ebnen wird, die nicht nur effizient, sondern auch umweltfreundlich sind.“
Die Ergebnisse der Studie wurden unter dem Titel „Next-generation magnesium-ion batteries: The quasi-solid-state approach to multivalent metal ion storage„, in dem wissenschaftlichen Journal Science Advances veröffentlicht.
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Magnesium! und die Forschung in Ulm!
Die ja eigendlich den 10 fachen Höhere Leistung bringen soll!
Das ist meiner Meinung nach nicht gewollt, lieber lassen Sie die Erde untergehen!
und die Ironie eine der Führende Köpfe ist eine hier Lebende Palästinänserin!
Free Palesline form german guilt.
Befreie Palästina von der deutschen Schuld.
Was soll das hier solche Themen reinzubringen?
Ihr Kommentar ist so bescheuert, dass es weh tut. Eine zehn mal höhere Leistung – was soll das sein? Entscheidend bei Batterien ist die Energiedichte, nicht die Leistung. Die Leistung ist lediglich die Entladerate. Und die ist bei Magnesium maximal Durchschnitt. Die Energiedichte ist dagegen deutlich niedriger. Keiner will irgendwas nicht, außer hier Ihren Verschwörungmüll lesen. Grüße von nem Ulmer Batterieforscher.
Aluminium und Magnesium sind in der Forschung schon weit. Aluminium dürfte kurz vor der Kommerzialisierung sein (z. B. GMG in Australien). Diese Technologien sind für den Verkehrssektor sehr interessant. Spannende Zeiten, hoffe die deutsche Forschung passt auf!
Gut, dass die Forschungsgelder schonmal gekürzt werden. Genau der richtige Ansatz, um sich auf die Zukunft einzustellen.
https://www.tagesschau.de/wissen/forschung/wissenschaft-kuerzungen-101.html#:~:text=Von%20dort%20bekam%20der%20DAAD,F%C3%B6rdersumme%20auf%20191%20Millionen%20sinken
Dann noch ein paar tausend Arbeitsplätze mit ~9 Milliarden € im Jahr fördern (damit bloß keiner auf die Idee kommt, z.B. im WP-Bereich das Know-How zu verbreitern. Es ist einfach nur noch traurig.
Hauptsache die schwarze Null wird hinausposaunt. Läuft die Wirtschaft, wird gespart. Läuft die Wirtschaft nicht so, wird noch mehr gespart. Das ist mal eine sehr eigene Interpretation von Keynes.
Ich verstehe einfach wirklich nicht mehr, dass sie es in Berlin einfach nicht schnallen, dass es Strukturreformen braucht. Mit ein paar Milliarden von links nach rechts und von rechts nach links schieben, sind diese Strukturreformen nicht machbar. Sie müssten nicht nur an Geldverschiebung denken (nichts weiter als verdeckte Umverteilung von unten nach oben), sondern an Strukturänderungen. Da traut sich kaum einer ran, weil sofort von interessierten Kreisen der Shitstorm losgetreten wird.
Ich kriege da echt langsam die Sorge, dass man in diesem Land schlicht zu blöd ist für Zukunft…