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Author: admin, 28.11.2013
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Forscher aus Bonn, Ulm und Berlin erarbeiten im Projekt MgLuft die Grundlagen fur wiederaufladbare Hochenergie-Batterien. Fur eine zukunftige nachhaltige Energieversorgung mussen neuartige Hochenergiespeichersysteme entwickelt werden. Das Grundlagenwissen soll in erster Linie zur Reaktivitat von Magnesiumelektroden einerseits und andererseits zur Sauerstoffreduktion und -entwicklung in nichtwassrigen Elektrolyten erweitert werden. Fur die Elektrolyte testen die Forscher einerseits ionische Flussigkeiten, andererseits auch die von Li-Luft-Systemen bekannten Elektrolyte in Kombination mit speziellen Mg-Salzen.
Im Verbund haben sich Partner mit sehr unterschiedlicher Expertise zusammengefunden: An den Universitaten Bonn und Ulm stehen eine Reihe weit entwickelter Methoden fur die Charakterisierung der Elektroden und Untersuchung der Elektrodenreaktionen zur Verfugung. Mikroskopische Charakterisierung der Reaktions- und Transportprozesse an der Kathodengrenzflache von Magnesium-Luft-Batterien: Ziel dieses Teilvorhabens ist die detaillierte Charakterisierung der Wechselwirkung von Elektrode und Elektrolyt an der Kathodengrenzflache (Luft-Elektrode) von Mg-Luft Batterien sowie der an dieser Grenzflache ablaufenden Prozesse, die aus dieser Wechselwirkung sowie aus der O2-Reduktion (ORR) bzw.
Hier sollen Ansatze erarbeitet werden, wie Elektroden und Elektrolyte in der Praxis aussehen konnten. Ziel des Teilprojekts ist die Entwicklung von makroskopischen Modellen fur gekoppelte Transport- und Reaktionsprozesse in Magnesium-Luft-Batterien, sowie in experimentellen elektrochemischen Zellen zur Untersuchung ihrer Komponenten. Zwar kann auf das Wissen im Zusammenhang mit Li-Luft-Batterien und ersten Arbeiten in der Literatur zu Mg-Ionen-Batterien zuruckgegriffen werden, aber die Kombination bringt ganz neue Herausforderungen mit sich: Grignard-basierte halogenidhaltige Elektrolyte, die prinzipiell fur Mg-Batterien geeignet sind, konnen wegen der zu erwartenden Halogen-Entwicklung an der Sauerstoff-Elektrode nicht eingesetzt werden.
Durch Zugabe von geeigneten funktionellen Additiven versuchen sie auch, bestimmte Eigenschaften des Basiselektrolyten zu beeinflussen, wie z.


Mit Hilfe der elektrochemischen Massen-Spektrometrie konnen einerseits Produkte von Zersetzungsreaktionen des Elektrolyten empfindlich nachgewiesen werden, andererseits auch die Menge des reduzierten bzw.
Beeinflussbarkeit der Mg-Abscheidung, mikroskopische Charakterisierung der Struktur, der Reaktionen inkl. Berechnungsgrundlage sind quantenchemische Verfahren auf Dichtefunktionaltheorie und semi-empirischem Niveau.
Auf dieser Basis werden numerische Simulationstools entwickelt und Berechnungen ausgefuhrt, die die experimentellen Arbeiten unterstutzen sollen.
In diesem Verbundvorhaben erforschen die Wissenschaftler, inwieweit Batterien, die Magnesium als negative Elektrode und als positive Elektrode eine Luftelektrode – wie sie aus Brennstoffzellen bekannt sind – verwenden, eine praktikable Alternative darstellen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen an definierten Modellsystemen bilden die mechanistische Grundlage und Datenbasis fur die vom WIAS durchgefuhrten numerischen Simulationen und fur das Verstandnis der vom ZSW durchgefuhrten Untersuchungen an realistischen elektrochemischen Zellen, und damit fur ein verbessertes Verstandnis der einzelnen Teilprozesse und ihrer Zusammenhange. Anhand vereinfachter Modellsysteme sollen Aktivierungsbarrieren und Reaktionsenthalpien fur die Reaktion von Magnesium mit Sauerstoff, Wasser und Solvenzmolekulen berechnet werden.
Insbesondere sollen die Modellentwicklung und die Simulationen ein verbessertes Verstandnis der einzelnen Teilprozesse und ihrer Zusammenhange ermoglichen.
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Dieser Wert ist immer noch viermal hoher als der heutiger Li-Ionen-Batterien (theoretisch ca. An der Sauerstoff-Elektrode entsteht primar Peroxid, das mit Mg-Ionen vermutlich unlosliches Mg-(Per-)Oxid bildet.


Das Zentrum fur Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Wurttemberg (ZSW) hat einen gro?en Erfahrungsschatz im Zusammenhang mit Li-Ionen-Batterien und der Anwendung elektrochemischer Untersuchungsmethoden. Test von Insertions- und Konversionsverbindungen und Legierungen als alternative Anodenmaterialien.Mikroskopische Charakterisierung von unloslichen Mg-Oxiden auf der Kathode.
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Die Theoretische Chemie in Bonn ist ausgewiesen in der quantenchemischen Berechnung von Festkorper-Grenzflachen, das Berliner Weierstra?-Institut fur Angewandte Analysis und Stochastik (WIAS) entwickelte Methoden zur Berechnung von Diffusion und Konvektion in komplizierten Systemen.
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Mittelfristig besteht die Chance, dass Magnesium-Luft-Batterien eines der zukunftigenEnergiespeicher-Systeme werden. Die quantenchemisch berechneten thermodynamischen und kinetischen Reaktionsparameter sollen in makroskopische Modelle einflie?en.



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