Auf der Suche nach dem Akku der Zukunft

Auf der Suche nach dem Akku der Zukunft

Karlsruhe (ab) - Für die Energiewende und insbesondere für einen flächendeckenden Umstieg auf Elektromobilität braucht es leistungsfähige und bezahlbare Akkus. Bisher ist bei der Speichertechnologie die Lithium-Ionen-Batterie (LIB) Standard; Wissenschaftler forschen aber seit Jahren weltweit an Alternativen. Im europäischen Projekt E-Magic wollen das Karlsruher Institut für Technologie KIT und das Helmholtz-Institut Ulm (HIU) gemeinsam mit wissenschaftlichen Einrichtungen aus mehreren Ländern eine Speichertechnologie entwickeln, die auf Magnesium anstelle von Lithium setzt.

Die Forscher versprechen sich einiges von der künftigen Magnesiumbatterie: Sie soll aufgrund einer höheren Energiedichte leistungsfähiger und außerdem preiswerter sein als die LIB. Denn: Magnesium ist als Element auf der Erde um ein Vielfaches häufiger vorhanden als Lithium beziehungsweise Kobalt, welches in der traditionellen LIB ebenfalls zum Einsatz kommt. Das könnte eine industriell gefertigte Magnesiumbatterie deutlich günstiger machen als eine LIB und zugleich die politische und wirtschaftliche Abhängigkeit Europas von seltenen Rohstoffen verringern. Und: Aufgrund der Eigenschaften von Magnesium wären weniger Störungen oder gar Kurzschlüsse im Akku zu erwarten - die Batterie wäre somit sicherer, wie Dr. Zhirong Zhao-Karger erläutert. Sie koordiniert am HIU die entsprechenden Forschungsaktivitäten des Instituts, die in das Projekt E-Magic einfließen.

Die Wissenschaftlerin sieht bei der aktuellen Lithium-Ionen-Technologie die Grenzen erreicht. Freilich: Die potenzielle Nachfolge-Technologie hat derzeit noch mit einer entscheidenden Schwäche zu kämpfen - nämlich die Lebensdauer einer Magnesiumbatterie, also die Frage, wie oft man sie aufladen kann. Diese Lebensdauer wäre für die praktische Anwendung noch deutlich zu niedrig.

Dennoch ist man am Helmholtz-Institut Ulm optimistisch. Der stellvertretende Leiter des HIU, Professor Maximilian Fichtner, bezeichnete anlässlich des Projektstarts Magnesium als einen "der wichtigsten Kandidaten unserer Post-Lithium-Strategie". Und er zeigte sich überzeugt: "Eine breite Verfügbarkeit von Magnesiumbatterien könnte die Elektrifizierung von Mobilität und den Ausbau dezentraler Heimspeicher entscheidend voranbringen." Auch Zhao-Karger verweist neben der E-Mobilität auf eine mögliche künftige Anwendung dieser Technologie im stationären Bereich, also bei der Energiespeicherung in Häusern, sowie beispielsweise in Handys.

Komplett neu ist der Forschungsansatz mit Magnesium übrigens nicht. Bereits um die Jahrtausendwende wurde Zhao-Karger zufolge ein erster Prototyp vorgeführt. Danach habe es erst einmal nicht mehr so viele Forschungsaktivitäten auf diesem Gebiet gegeben; dies habe sich dann in den vergangenen fünf Jahren wieder geändert, nachdem das Thema E-Mobilität verstärkt aufgekommen sei.

Das aktuelle europäische Projekt E-Magic ("European Magnesium Interactive Battery Community") wird von der EU mit mehr als 6,5 Millionen Euro finanziert. Zehn wissenschaftliche Einrichtungen aus Spanien, Frankreich, Deutschland, Dänemark, Großbritannien und Israel bündeln ihre Erkenntnisse von der Grundlagenforschung bis hin zu den Produktionsprozessen von wiederaufladbaren Magnesiumbatterien. Koordiniert wird E-Magic von der spanischen Fundacion Cidetec.

Das beteiligte Helmholtz-Institut Ulm wurde im Jahr 2011 vom KIT in Kooperation mit der Universität Ulm gegründet; mit eingebunden beim HIU sind auch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt sowie das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg.

E-Magic ist auf den Zeitraum von Anfang 2019 bis Ende 2022 angelegt. Doch bis wann erhoffen sich die Wissenschaftler eigentlich den Durchbruch zur serienreifen Magnesiumbatterie? Eine wirklich belastbare Aussage hierzu hält Zhao-Karger derzeit noch nicht für möglich - ihre persönliche Einschätzung lautet aber: In zehn Jahren könnte es soweit sein.

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