Feststoffakkus mit Magnesium statt Lithium

Warning: Undefined variable $output in /homepages/33/d267726697/htdocs/clickandbuilds/energyload/wp-content/plugins/wordpress-plugin-for-simple-google-adsense-insertion/WP-Simple-Adsense-Insertion.php on line 72

Magnesium als Material für Feststoffakkus ist verlockend: Es kommt im Gegensatz zu Lithium auf der Erde häufig vor und ist deshalb günstig. Allerdings sind zweiwertige Magnesium-Ionen bei Raumtemperatur in festen Stoffen weniger leitfähig als Lithium-Ionen. Forscher aus Japan haben nun genau dieses Problem gelöst.

Magnesium in Batterien

Bei wiederaufladbaren Batterien dominiert heute die Lithium-Ionen-Technologie. Doch Lithium ist ein seltenes Element, was zu Knappheit und hohen Preisen führt. Magnesium könnte eine Alternative sein, denn das Metall verspricht eine hohe Energiedichte, hohe Sicherheit und niedrige Kosten. Bisher stand dem eine schlechte Leitfähigkeit im Weg. Denn zwischen zweiwertigen positiven Ionen und benachbarten negativen Ionen in einem festen Kristall treten starke Wechselwirkungen auf.

Neuer superionischer Magnesiumleiter

Forscher an der Naturwissenschaftlichen Universität Tokio haben erstmals einen Magnesiumionenleiter auf Basis eines metallorganischen Gerüsts gezeigt. Dieser weist selbst bei Raumtemperatur eine superionische Leitfähigkeit auf. De Leitfähigkeit lag bei 10-3 S cm-1, dem Schwellenwert für die Anwendung in Festkörperbatterien. Es ist die bisher höchste gezeigte Leitfähigkeit für einen kristallinen Feststoff, der Magnesium enthält.

Ein „Gastmolekül“ verbessert die Leitfähigkeit

Wie der Wissenschaftler Masaaki Sadakiyo berichtet, nutzte das Team eine Klasse von Materialien, die als metallorganische Gerüste (MOFs) bezeichnet werden. Sie haben eine hochporöse Kristallstruktur, die einen effizienten Transport der enthaltenen Ionen ermöglicht. Zusätzlich brachten die Forscher ein „Gastmolekül“, Acetonitril, in Form von Dampf in die Poren des MOFs ein. Dadurch konnte die Leitfähigkeit stark beschleunigt werden.

Um den Mechanismus besser zu verstehen, führte das Forscherteam verschiedene Messungen an dem festen Elektrolyten durch. Sie ergaben, dass die adsorbierten Acetonitril-Moleküle für die gute Leitfähigkeit verantwortlich waren.

Neue Erkenntnisse für die Forschung an Feststoffakkus

Die Ergebnisse zeigen, dass der neuartige Magnesiumleiter für Batterieanwendungen geeignet ist. Gleichzeitig erhielt das Forscherteam wichtige Erkenntnisse für die Entwicklung von Festkörperbatterien. Lange Zeit war man davon ausgegangen, dass zweiwertige oder höherwertige Ionen nicht effizient durch einen Festkörper übertragen werden können. Die Team aus Tokio hat gezeigt, dass dies durchaus möglich ist, wenn die Kristallstruktur und die Umgebung gut gestaltet sind.

Das Team hofft nun, einen zweiwertigen Leiter mit noch höherer Ionenleitfähigkeit entwickeln zu können und damit einen weiteren Beitrag zur Gesellschaft zu leisten.

Quellen / Weiterlesen