Energisches Magnesium

News: Energisches Magnesium

Die Diskussion um die Benzinpreise zeigte es wieder: Je teurer der Saft für's heißgeliebte Automobil wird, desto dringender gestaltet sich die Suche nach Alternativen. Statt Benzin zu tanken, könnte das Gefährt an die heimische Steckdose angeschlossen werden. Dafür braucht man wiederaufladbare Batterien - doch die sind teuer, schwer und giftig. Magnesium könnte sich hier als besseres Elektrodenmaterial erweisen.

Ohne Batterien läuft nichts – kein Handy piepst, kein Walkman dröhnt, und die Fernbedienung des Fernsehers verweigert auch ihren Dienst. In den letzten Jahren verdrängten Lithium-Batterien immer mehr die giftigen Nickel-Cadmium-Zellen. Diese Batterien sind jedoch verhältnismäßig teuer. Elektroautos fahren stattdessen mit Blei-Akkumulatoren. Blei wiederum ist zwar billig, aber giftig und schwer. Durch das hohe Gewicht haben die Fahrzeuge nur eine geringe Reichweite und sind damit auf dem Markt schwer durchsetzbar.

Die Arbeitsgruppe von Doron Aurbach der Bar-Ilan University im israelischen Ramat Gan schlägt als Alternative die Verwendung von Magnesium als Elektrodenmaterial vor (Nature vom 12. Oktober 2000). Das leichte Element kommt weltweit häufig in Mineralien vor und gilt als umweltfreundlich und einfach zu handhaben.

Zu finden ist Magnesium bereits in nicht-wiederaufladbaren Batterien als Anode. Dort werden Magnesium-Atome zu Magnesium-Ionen oxidiert, die Elektronen fließen über den äußeren Stromkreis ab. Bei Akkus, also wiederaufladbaren Batterien, muss der Prozess umgekehrt ablaufen können – und genau hier liegt das Problem. Bisher gab es kein geeignetes Material für Elektroden, die Magnesium-Ionen reversibel binden und dabei stabil bleiben. Außerdem haben die bisher verwendeten Elektrolytlösungen die unangenehme Eigenschaft, die Abscheidung von Filmen auf den Elektroden auszulösen und damit den Stromfluss zu unterbrechen.

Die israelischen Chemiker versuchten es mit verschiedenen Magnesiumsalzen als Elektrolyten. Eine Etherlösung des Salzes Mg(AlCl₃RR')₂ erwies sich als effektiv. Es lagerte sich während des Stromflusses kein unerwünschter Film auf den Elektroden ab. Für die Kathode verwendeten sie die Verbindung Mo₃S₄, die reversibel Magnesium-Ionen bindet. Die so hergestellten Magnesium-Akkus arbeiteten in einem mit Nickel- oder Blei-Batterien vergleichbaren Spannungsbereich um 1,5 Volt. Nach über 2 000 Ladungs- und Entladungszyklen fiel die Kapazität um weniger als 15 Prozent herab.

Doron Aurbach hofft, mit seinem entwickelten Akku unsere Energie- und Umweltprobleme in den Griff zu bekommen: "Angesichts des zunehmenden Bedarfs unserer Gesellschaft an umweltfreundlichen, zuverlässigen und preiswerten Energiequellen haben nur wiederaufladbare 'grüne' Magnesium-Batterien die Chance, die umweltproblematischen Blei- und Nickel-Cadmium-Batterien zu ersetzen."

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 27.1.1999
"Starke Batterien"
Spektrum Ticker vom 5.10.2000
"Bessere Batterien dank Nanostrukturen"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 3.4.2000
"Stromversorgung auf Protonisch"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum der Wissenschaft 10/96, Seite 103
"Eine Lithium-Batterie mit neuem Funktionsprinzip"
(nur für Heft-Abonnenten online zugänglich)

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