14.05.2020 - Chinese Academy of Sciences

Neue Magnesium-Batterie zeigt drastische Leistungssteigerung

Kupfer-Ion erschließt das Potenzial von Magnesium in Batterie der nächsten Generation

Forscher am Qingdao-Institut für Bioenergie und Bioverfahrenstechnik (QIBEBT) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) sind der Herstellung einer lebensfähigen Hochleistungsbatterie auf der Basis von Magnesium (Mg), einem Element, das laut United States Geological Survey weitaus häufiger vorkommt als Lithium, einen Schritt näher gekommen.

Jüngste Versuche, eine brauchbare Mg-Batterie zu entwickeln, sind gescheitert, weil die Entladungsprodukte Isolatoren sind, die die Leistung behindern und den Ladezyklus verlangsamen.

Die QIBEBT-Forscher fanden heraus, dass die Verwendung eines Kupferions (Cu+), das von der Kathode in der Batterie stammt, das Problem der Ansammlung von Entladungsprodukten löst. Wenn sich ihre Mg-Batterie entlädt, löst sich Cu+ im Elektrolyten auf, tauscht sich chemisch mit dem Mg2+ aus und wird zu metallischem Kupfer, wenn es Elektronen erhält und eine Beschichtung auf der Elektrode bildet. Da Kupfer hoch leitfähig ist, fließt Elektrizität frei, was eine hohe Energieausbeute ermöglicht.

Die Ergebnisse des Teams zeigten eine ausgezeichnete Leistung in der neu entwickelten Mg/Cu+-Batterie. Nach der anfänglichen Konditionierung behielt ihre Versuchsbatterie nach 200 Lade-/Entladezyklen 80 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität bei. Eine typische kommerzielle Lithium-Ionen-Batterie behält nach 1000 Lade-/Entladezyklen mindestens 80 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität.

Prof. CUI Guanglei sagte, dass die Mg-Batterie seines Teams noch nicht kommerziell nutzbar ist, aber sie ist auf dem besten Weg, mit der Lithium-Batterie zu konkurrieren. "Wir gehen davon aus, dass wir den Meilenstein von 1000 Zyklen in den nächsten zwei Jahren erreichen werden", sagte er.

Der Tagespreis von Magnesium liegt im Durchschnitt bei etwa 5.000 USD pro Tonne - etwa die Hälfte der Kosten von Lithium. Abgesehen davon, dass sie billiger sind, wären Batterien auf Magnesiumbasis auch sicherer. Schlecht hergestellte Lithiumbatterien können sich überhitzen und explodieren, was eine Belastung für Industrien von der Telekommunikation bis zur Luft- und Raumfahrt darstellt. "Ich habe vollstes Vertrauen, dass die Beschäftigung von Cu+/Mg zu sichereren Batterieprodukten führen kann", sagte Prof. CUI.

Prof. CUI sagte, dass der nächste Schritt, um Cu+/Mg-Batterien zu einer kommerziellen Realität zu machen, die Entwicklung eines flexiblen Beutels sein wird. Dazu müssen sie eine Gelform ihrer Cu+-Elektrolytlösung herstellen.

"Wie wir sehen können, wäre ein Gelelektrolyt für die Cu+-getriebene Kathodenchemie geeignet", sagte Prof. CUI. Sobald die Batterie in einer Gelbeutelform funktionieren kann, wird es einfacher werden, sie in die seltsamen und oft sehr dünnen Formen zu bringen, die von den heutigen Verbrauchergeräten verlangt werden.

"Das letztendliche Ziel dieser Studie ist die Kommerzialisierung der Mg-Metallbatterie als Energiespeicher der nächsten Generation jenseits der Lithium-Ionen-Technologie". sagte Prof. CUI.

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