Magnesium-Akkus bald besser als Lithium-Ionen-Akkus?

4. September 2017, 17:38 Uhr
Magnesium-Akkus bald besser als Lithium-Ionen-Akkus?
Magnesium-Akkus bald besser als Lithium-Ionen-Akkus?
Anders als Lithium-Ionen-Akkus können welche auf der Basis von Magnesium nicht brennen. Bislang hatten Magnesium-Akkus aber bezüglich Kapazität das Nachsehen. Durch neue Kathoden erreichten Forscher der University of Houston eine Kapazität von 400 mAh/g und damit doppelt so viel wie bei Lithium.

Einem Forscher-Team an der University Houston um Yan Yao und Hyun Deog Yoo gelang die Entwicklung einer neuen Kathode, welche die Energiedichte drastisch erhöht. Laut ihrem Artikel in der Fachzeitschrift Nature Communications zeigte sich die bisherige Annahme als falsch, dass vor dem Einfügen von Magnesium in das Wirtsmaterial die Magnesiumchlorid-Bindung aufgebrochen werden muss. Die neue Batterie speichert Energie nämlich durch direktes Einfügen von Magnesiummonochlorid-Ionen (MgCl-) in das Wirtsmaterial wie z. B. Titandisulfid (TiS2). Dadurch ist die Diffusion stärker als bei bisherigen Konzepten.

Die Forscher erreichten so zudem eine Kapazitätsdichte von 400 mAh/g – dem vierfachen Wert bisheriger Magnesiumakkus. Lithium-Ionen-Batterien erreichen lediglich etwa 200 mAh/g. Allerdings ist die Spannung einer Magnesium-Zelle mit rund 1 V deutlich niedriger. Dafür ist Lithium deutlich teuerer und hat mit Dendritenwachstum und damit mit Stabilitätsproblemen zu kämpfen.
Der Trick für die neue Kathode besteht darin, Titandisulfid aufzuweiten, um dann Magnesiumchlorid einzubringen, anstatt Magnesiumchlorid-Bindungen aufzubrechen und metallisches Magnesium allein einzulagern. Die Beibehaltung der MgCl-Bindung verdoppelt die Ladung der Kathode. Die Forscher erzeugten hierzu eine offene Nanostruktur, indem sie die Lücken im Titandisulfid um 300 % mit organischen Säulen erweiterten. Die entstehenden Löcher reichten mit 1,8 nm nun aus, um Magnesiumchlorid einzulagern.
 
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