Die Magnesiumbatterie erreicht einen stabilen Betrieb bei Raumtemperatur.

Energie

Redaktionsteam der Website für technologische Innovation – 07.11.2025

Prüfung der Magnesiumbatterie, deren Prototyp im Knopfzellenformat gemäß 2032-Standard (20 mm Durchmesser, 32 mm Höhe) gefertigt wurde. [Bild: Tomoya Kawaguchi et al. - 10.1038/s43246-025-00921-0]

Magnesium-Ionen-Batterie

Unter den alternativen Technologien zu Lithium-Ionen-Batterien haben sich Magnesium-Ionen-Batterien hervorgetan, dank ihrer größeren volumetrischen Kapazität und ihrer Resistenz gegen die Bildung von Dendriten, der Hauptursache für Kurzschlüsse in den heutigen Batterien .

„Magnesium ist deshalb nicht das Hauptmaterial für Batterien, weil es bei Raumtemperatur aufgrund einer langsamen Reaktion nicht funktioniert“, erklärt Tetsu Ichitsubo von der Tohoku-Universität in Japan. „Stellen Sie sich vor, die Batterien Ihrer Geräte würden nur bei extremen Temperaturen funktionieren. Sie wären im Alltag praktisch unbrauchbar.“

Das Team war sich dessen bewusst, arbeitete an der Behebung der Mängel und entwickelte einen Prototyp einer wiederaufladbaren Magnesiumbatterie, die mehrere der Herausforderungen der Energiespeicherung auf Magnesiumbasis überwindet.

Die größte Errungenschaft war, dass die Batterie bei Raumtemperatur funktionierte. Dies ebnete den Weg für eine Schnellladebatterie aus nachhaltigen Materialien – Magnesium macht etwa 2,5 % der Masse der Erdkruste aus und ist damit das achthäufigste Element, während Lithium nur etwa 0,004 % ausmacht.

Vorteile der Verwendung amorpher Oxidkathoden und der Zellkonfiguration aktueller wiederaufladbarer Magnesiumbatterien. [Bild: Tomoya Kawaguchi et al. - 10.1038/s43246-025-00921-0]

Es ist das Magnesium selbst, das den Unterschied ausmacht.

Zu den verschiedenen Innovationen, die dem Team gelungen sind, gehören die Einführung eines strukturell freien Volumens, die Kontrolle der Partikelgröße im Nanobereich und die Kompatibilität der Elektroden mit fortschrittlichen Elektrolyten.

Aber auch hier gibt es einen Stern, der heller leuchtet als alle anderen: Eine neue amorphe Oxidkathode (Mg _0,27 Li _0,09 Ti _0,11 Mo _0,22O ), die auf einem Ionenaustauschprozess zwischen Lithium und Magnesium basiert und Diffusionswege schafft, die es Magnesiumionen ermöglichen, sich leichter zu bewegen.

Dadurch wird die reversible Insertion und Extraktion von Magnesiumionen durch die Kathode bei Raumtemperatur ermöglicht.

„Wir haben einen kompletten Zellprototyp entwickelt, um diese Batterie im Betrieb zu testen, und festgestellt, dass sie selbst nach 200 Ladezyklen noch genügend Energie abgeben kann“, sagte Ichitsubo. „Das reichte aus, um eine blaue Leuchtdiode (LED) dauerhaft zu betreiben. Das ist vielversprechend, da frühere Demonstrationen von wiederaufladbaren Magnesiumbatterien negative Entladespannungen zeigten, was bedeutet, dass sie keine nutzbare Energie liefern konnten.“

Das Team untersuchte auch den zugrundeliegenden Mechanismus dieser Batterie und bestätigte, dass die beobachtete Kapazität auf der tatsächlichen Interkalation von Magnesium beruht. Dies unterscheidet das System von früheren Prototypen, bei denen Nebenreaktionen anstelle der Bewegung von Magnesiumionen die Reaktionen dominierten. Die Demonstration stellt somit einen wichtigen Schritt hin zu praxistauglichen Magnesiumbatterien dar.

Weitere Neuigkeiten zu:

Weitere Themen