Obwohl Magnesium billiger, häufiger und möglicherweise sicherer als Lithium ist, müssen noch erhebliche praktische Überlegungen angestellt werden, bevor Magnesiumbatterien in Elektrofahrzeugen häufiger eingesetzt werden können.
In den letzten Jahren hat sich Lithium zu einem der wichtigsten Metalle für die globale Energiewende entwickelt.
Dies ist vor allem auf die weit verbreitete Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien in Elektrofahrzeugen (EVs) zurückzuführen. Diese bieten eine hohe Energiedichte, eine leichte Struktur und Schnellladefähigkeit sowie eine lange Lebensdauer, was moderne Fahrreichweite und Leistung unterstützt.
Daher ist sie zum Schlüssel für weitreichende, praktische Fortschritte bei der Automobilelektrifizierung geworden.
Allerdings steht Lithium weiterhin vor erheblichen langfristigen strukturellen Versorgungsproblemen, was dazu geführt hat, dass immer mehr Hersteller von Elektrofahrzeugen andere Alternativen wie Mangan und Magnesium in Betracht ziehen.
Warum Magnesium?
Magnesium, ein weiteres wichtiges Metall für Elektrofahrzeuge und Energiespeicherbatterien, könnte möglicherweise eine wichtige Alternative zu Lithium in Elektrofahrzeugen sein.
Dies liegt daran, dass es billiger ist, weltweit reichlich vorhanden ist und außerdem mehr Energie speichert. Es gilt auch als sicherer als Lithium, da es keine scharfen Spitzen, sogenannte Dendriten, bildet, die bei Lithiumbatterien manchmal zu Kurzschlüssen oder Bränden führen.
Eine Magnesiumbatterie kann auch mehr Energie auf kleinerem Raum speichern, was für Hersteller von Elektrofahrzeugen, die kompaktere Fahrzeuge bauen möchten, erhebliche Größen- und Effizienzvorteile haben könnte.
Es ist außerdem eines der am häufigsten vorkommenden Elemente sowohl im Meerwasser als auch im Boden, was den Herstellern dabei helfen könnte, potenzielle Versorgungsengpässe mit Lithium später zu umgehen.
Magnesiumionen tragen mit einer Ladung von +2 auch die doppelte Ladung von Lithiumionen, was dazu beitragen kann, eine höhere volumetrische Kapazität zu unterstützen und eine kompaktere, energiedichtere Stromspeicherung sowohl für Elektrofahrzeuge als auch für andere Geräte zu ermöglichen.
Laut Visual Capitalist’s Elements produziert China die überwiegende Mehrheit des weltweiten Magnesiums und macht im Jahr 2025 rund 87 % bis 95 % des primären Magnesiums der Welt aus, was einer Menge zwischen 830.000 und 950.000 Tonnen entspricht.
Dies geschieht hauptsächlich aus umfangreichen Dolomitreserven, wobei die größten Magnesiumreserven in der Provinz Liaoning liegen.
Der zweitgrößte Magnesiumproduzent ist Israel, das das Metall hauptsächlich aus dem Toten Meer fördert. Russland und Brasilien sind weitere große Produzenten, wobei einige wichtige Magnesiumreserven in Satka und Brumado liegen.
Mangan entwickelt sich auch zu einer Unterstützung für Lithiumbatterien, anstatt diese vollständig zu ersetzen. Dies liegt daran, dass Manganbatterien eine viel geringere Energiedichte haben und sich nicht problemlos hunderte Male aufladen lassen. Sie liefern auch eine niedrigere Spannung.
Daher eignen sie sich gut zur Unterstützung von Lithiumsystemen in Hybridkonfigurationen, versagen jedoch bei hohem Leistungsbedarf.
Warum die Lithiumversorgung unbeständig ist
Eine der größten Herausforderungen bei der Lithiumversorgung sind langsame Projektzeitpläne. Denn die Eröffnung einer neuen Lithiummine dauert durchschnittlich 16 bis 18 Jahre, von der ersten Entdeckung bis zur ersten Produktion. Dies ist vor allem auf komplexe Genehmigungsvorschriften, Explorationsrechte und Finanzierungsfragen in vielen Regionen der Welt zurückzuführen.
Beim Abbau von Hartgestein fallen außerdem erhebliche Abfälle an, und bei der Solegewinnung werden in den Trockengebieten, in denen Lithium normalerweise vorkommt, große Mengen Wasser verbraucht. Dies führt zu einer stärkeren Prüfung durch lokale Gemeinden und Umweltgruppen.
Aufgrund des kürzlichen Absturzes der Lithiumpreise nach einem früheren Überangebot sind die Budgets für Bergbauinvestitionen und Exploration nun etwas zurückgegangen. Dies gefährdet die Pipeline für die zukünftige Produktion und den globalen grünen Wandel erheblich.
Der Großteil des Lithiums ist auch im „Lithiumdreieck“ Australiens und Südamerikas konzentriert, während China einen erheblichen Teil der Raffinierungskapazität kontrolliert, die zur Herstellung von Material in Batteriequalität erforderlich ist.
Magnesiumbatterien?
Derzeit befinden sich die meisten Magnesiumbatterien noch in der Testphase durch Einrichtungen wie die University of Waterloo.
Einige große Automobilhersteller entwickeln und experimentieren jedoch zunehmend mit Magnesium-reichen oder Mangan-dotierten Alternativen wie Lithium-Mangan-reichen oder LMFP-Zellen oder Langzeit-Magnesiumchemie.
MG (SAIC Motor) hat kürzlich die neue Lithium-Mangan-Oxid (LMO)-Halbfestkörper-SolidCore-Batterietechnologie in Modellen wie dem MG4 EV Urban eingesetzt, der bis Ende 2026 auf den britischen und europäischen Markt kommen soll.
General Motors und LG Energy Solution streben derzeit eine kommerzielle Markteinführung fortschrittlicher Lithium-Mangan-reicher (LMR) Batteriezellen im Jahr 2028 an. Diese nutzen einen hohen Mangangehalt, um die Kosten zu senken und die Energiedichte für zukünftige Elektro-Lkw und SUVs zu erhöhen.
In ähnlicher Weise hat Toyota auch langfristige, gezielte Forschung zum Ersatz der Standard-Lithiumchemie durch Magnesiumalternativen mit hoher Kapazität finanziert. Allerdings ist noch unklar, wann Nutzfahrzeuge diese Technologie nutzen könnten, da die Forscher noch auf eine weitere Elektrolytstabilisierung warten.
Great Wall Motor nutzt außerdem halbfeste Magnesiumgusstechnologie, um das Gewicht der Komponenten zu reduzieren, während Tesla ausgewählte Komponenten aus Magnesiumlegierung in das Model 3 und das Model Y integriert hat.
Warum Magnesiumbatterien noch nicht so weit verbreitet sind
Obwohl Magnesiumbatterien als potenzielle Alternative zu Lithium zunehmend an Interesse stoßen, bleiben noch erhebliche Herausforderungen, bevor sie massenhaft eingesetzt werden können.
Einer der größten Nachteile von Magnesium ist die langsame Ionenbewegung, was bedeutet, dass sich Magnesiumpartikel im Batteriematerial langsamer bewegen.
Dies führt zu sehr langsamen Ladezeiten und schwacher Leistung bei schneller Beschleunigung sowie zu einer schlechten Leistung bei kaltem Wetter. Diese Faktoren könnten es für Magnesiumbatterien erheblich schwieriger machen, mit Schnelllade- und Hochleistungs-Lithium-Elektrofahrzeugbatterien mitzuhalten.
Derzeit ist es auch schwierig, eine Flüssigkeit, einen Feststoff oder einen Elektrolyten zu finden, mit denen sich Magnesium leicht bewegen lässt, ohne dass es zerfällt, da Elektrolyte, die Magnesiumionen erfolgreich und effizient transportieren, letztendlich die internen Batteriekomponenten korrodieren lassen.
Ebenso bleibt es äußerst komplex, ein Kathodenmaterial zu finden, das dem Einbringen und Entfernen von Magnesiumionen standhält, ohne zu zerfallen.
