Forscher der Tohoku-Universität in Japan haben Fortschritte bei der Entwicklung wiederaufladbarer Magnesiumbatterien erzielt und einen neuen Batterieprototyp entwickelt, der bei Raumtemperatur betrieben werden kann. Die in der Fachzeitschrift Communications Materials veröffentlichte Forschungsarbeit markiert einen bedeutenden Schritt hin zur praktischen Anwendung magnesiumbasierter Energiespeichertechnologie. Dieser Durchbruch eröffnet neue Wege für die Entwicklung nachhaltiger magnesiumbasierter Energiespeichertechnologien.

Die Knappheit der Lithiumressourcen hat den Ausbau der Produktionskapazitäten für Lithium-Ionen-Batterien eingeschränkt, obwohl Magnesium in der Erdkruste reichlich vorhanden ist. Professor Tetsu Ippei von der Tohoku-Universität erklärte: „Magnesium hat sich nicht als primäres Batteriematerial durchgesetzt, da es langsam reagiert und bei Raumtemperatur nicht funktioniert. Stellen Sie sich vor, der Akku Ihres Geräts würde nur bei extremen Temperaturen funktionieren; er wäre für den alltäglichen Gebrauch praktisch nutzlos.“

Das Forschungsteam löste das Problem der langsamen Magnesiumionendiffusion bei Raumtemperatur erfolgreich durch die Entwicklung eines neuartigen amorphen Oxid-Kathodenmaterials. Diese Kathode nutzt den Ionenaustauschprozess zwischen Lithium und Magnesium zur Bildung von Diffusionskanälen, die den Magnesiumionen eine freiere Bewegung ermöglichen. Dieses Design ermöglicht die reversible Einlagerung und Entnahme von Magnesiumionen bei Raumtemperatur und legt damit den Grundstein für die praktische Anwendung wiederaufladbarer Magnesiumbatterien.

Für Leistungstests bauten die Forscher einen vollständigen Batterieprototyp zur Evaluierung. „Wir bauten einen Prototyp einer Vollzelle, um die Funktionsweise der Batterie zu testen, und stellten fest, dass sie selbst nach 200 Zyklen noch genügend Energie freisetzen konnte. Das reicht aus, um eine blaue Leuchtdiode kontinuierlich mit Strom zu versorgen“, sagte Ippei Tetsu. Diese Batterie erreichte erstmals eine positive Spannungsentladung – ein deutlicher Unterschied zu früheren Forschungen.

Durch gründliche chemische Analysen bestätigte das Forschungsteam, dass die Kapazität der Batterie auf den eigentlichen Prozess der Magnesiumioneninterkalation und nicht auf Nebenreaktionen zurückzuführen ist. Diese Entdeckung bestätigt die Machbarkeit von Oxidkathoden für wiederaufladbare Magnesiumbatterien bei Raumtemperatur und -druck und legt Richtlinien für die Materialentwicklung magnesiumbasierter Energiespeichertechnologien der nächsten Generation fest.

Fortschritte in der wiederaufladbaren Magnesiumbatterietechnologie eröffnen neue Möglichkeiten für die Entwicklung sicherer und nachhaltiger Energiespeichersysteme. Mit weiterer Optimierung dürfte diese Art der magnesiumbasierten Energiespeichertechnologie eine wichtige Ergänzung im Bereich der Energiespeicherung werden.

Weitere Informationen: Tomoya Kawaguchi et al., „Amorphous oxide cathode enables room-temperature rechargeable magnesium batteries“, Communications Materials (2025). Zeitschrifteninformationen: Communications Materials