HighMag

Von Lithium zu Magnesium: Warum ein Technologiewechsel notwendig wird

Die Elektrifizierung von Verkehr und Energiesystemen schreitet in hohem Tempo voran. Der weltweite Hochlauf erneuerbarer Energien verstärkt den Bedarf an leistungsfähigen Speicherlösungen. Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) sind zwar heute Stand der Technik – ihre Grenzen sind jedoch unübersehbar:

• begrenzte Rohstoffverfügbarkeit bei Lithium, Kobalt und Nickel,
• Kostensteigerungen und geopolitische Abhängigkeiten,
• sicherheitsrelevante Risiken wie thermisches Durchgehen,
• unzureichende Recyclingprozesse,
• hohe ökologische und soziale Belastungen beim Rohstoffabbau.

Diese Faktoren verdeutlichen den strategischen Bedarf an Alternativen. Unter den „Post-Lithium“-Technologien rücken Magnesium-Batterien zunehmend in den Fokus: Magnesium ist in der Erdkruste etwa 1.000-mal häufiger als Lithium, sicherer in der Handhabung, kostengünstig und besitzt ein hohes theoretisches Speicherkapazitäts-Potenzial.

HighMag: Generation-5-Batterien auf Magnesium-Basis

Im Projekt HighMag („High-energy, low-cost and scalable generation 5 magnesium-based batteries for mobility applications and beyond“) werden zwei Batteriearchitekturen parallel weiterentwickelt: Zum einen Magnesium-Schwefel-Systeme mit Konversionskathoden, zum anderen Magnesium-Metall-Systeme mit Insertionskathoden. Dazu wird ein neuartiger, beschichteter Mg-Anodenwerkstoff in Pulverform entwickelt, der für beide Systeme geeignet ist.

Das Projekt verfolgt einen systemischen Ansatz, der die gesamte Wertschöpfungskette umfasst:

• Materialebene: Entwicklung und Synthese von hochleistungsfähigen Kathoden, stabilen Elektrolyten und beschichteten Anoden.
• Zellebene: Optimierung der Separatoren, Elektrodenbeschichtungen und Zellarchitektur.
• Systemebene: Validierung im Pilotmaßstab mit Pouchzellen sowie Bewertung von Sicherheit, Nachhaltigkeit und Rezyklierbarkeit.

HighMag adressiert damit die zentrale Herausforderung von Magnesium-Batterien: die bislang geringe elektrochemische Aktivität und Stabilität in wiederaufladbaren Systemen. Durch den Einsatz fortschrittlicher Charakterisierungsmethoden und iterativer Feedbackschleifen zwischen Materialentwicklung, Elektrolyt-Design und Zelltests soll der Technologiereifegrad von TRL 2 auf TRL 4 angehoben werden.

Beitrag des AIT: Von der Materialentwicklung bis zur Pilotzelle

Als Koordinator übernimmt das AIT Austrian Institute of Technology nicht nur die Gesamtsteuerung, sondern auch Schlüsselaufgaben in der direkten Forschung und Entwicklung. Die Expert:innen der Competence Unit Battery Technologies bearbeiten:

• nachhaltige Syntheserouten für Mangan-basierte Insertionskathoden,
• gasanalytische Untersuchungen zur Stabilität und Sicherheit von Magnesium-Systemen,
• die Skalierung von Elektrodenbeschichtungen von der Laboranlage bis zum Pilotmaßstab,
• die Fertigung von Pouchzellen-Prototypen zur technologischen Validierung,
• sowie die Erforschung innovativer Recyclingstrategien, um Kreislauffähigkeit von Beginn an mitzudenken.

Projektleiter Dr. Yuri Surace, Senior Scientist am AIT, unterstreicht die Bedeutung: „Magnesium steht an der Spitze der nächsten Batteriegeneration. Mit HighMag entwickeln wir nachhaltige, leistungsstarke und kostengünstige Alternativen zu Lithium-Ionen-Batterien. Unser Ziel ist es, die Technologie vom Labor bis zur Pilotproduktion voranzubringen – ein wichtiger Schritt für sichere und ressourcenschonende Energiespeicherlösungen, die Mobilität und Energiewende nachhaltig prägen werden.“

Nachhaltigkeit und industrielle Anschlussfähigkeit

Ein zentrales Leitprinzip von HighMag ist Safe-and-Sustainable-by-Design (SSbD). Von der Materialentwicklung bis zum Recycling werden Umwelt- und Sicherheitsaspekte integriert. Parallel dazu legt das Projekt großen Wert auf industrielle Umsetzbarkeit: Die Technologien werden so entwickelt, dass sie mit bestehenden Produktionslinien für Lithium-Ionen-Batterien kompatibel sind. Damit schafft HighMag die Voraussetzungen für eine rasche Skalierung und eine strategische Stärkung der europäischen Batterieindustrie.