Magnezij je cenejši in razširjenejši od litija, njegova kemija pa obeta veliko energijsko gostoto na majhnem prostoru. Toda magnezijeva baterija, ki bi bila primerna za serijski električni avtomobil, še ne obstaja: raziskovalci se predvsem spopadajo s počasnim premikanjem magnezijevih ionov in nestabilnostjo elektrolitov.
Litij-ionske baterije ostajajo standard električnih vozil, ker so tehnološko dozorele: omogočajo razmeroma hitro polnjenje, visoko moč ob pospeševanju in dovolj dolgo življenjsko dobo. Njihova slabost je odvisnost od surovin in zahtevna dobavna veriga. Kot je opozoril S&P Global, od odkritja nahajališča do začetka proizvodnje novega rudnika v povprečju mine skoraj 18 let.
Zato avtomobilska industrija išče alternative. Najbliže komercialni uporabi so trenutno natrijeve in baterije z več mangana, medtem ko so magnezijeve celice še v raziskovalni fazi.
Zakaj je magnezij tako zanimiv
Pri običajni litij-ionski bateriji en litijev ion prenaša en pozitiven naboj. Magnezijev ion je dvovalenten, nosi dva pozitivna naboja, zato lahko teoretično v enakem volumnu prenese več električnega naboja.
Magnezij je tudi razmeroma poceni in naravno razširjen. Raziskovalci ga vidijo kot možno anodo prihodnjih baterij, saj ima zelo visoko volumetrično kapaciteto. To bi lahko nekoč omogočilo manjše baterijske pakete ali več energije na istem prostoru.
Pomembna je tudi varnost. Magnezij je pri določenih elektrolitih in obremenitvah manj nagnjen k rasti dendritov – igličastih kovinskih struktur, ki lahko pri kovinskih anodah povzročijo kratek stik. To ni popolno varnostno jamstvo, je pa ena od lastnosti, zaradi katerih je magnezij zanimiv za razvoj.
Magnezij ima teoretične prednosti, vendar teorija še ni avtomobilska baterija. Pri električnih vozilih odločajo tudi hitro polnjenje, moč, obstojnost in cena serijske proizvodnje.
Glavna ovira je gibanje ionov
Magnezijevi ioni se v baterijskih materialih premikajo počasneje kot litijevi. Zaradi dvojnega naboja močneje reagirajo z okolico, skozi katodni material pa težje prehajajo. Posledica so nižja moč, počasnejše polnjenje in hitrejša izguba zmogljivosti.
Raziskava, objavljena v reviji Science Advances, je med ključnimi težavami izpostavila prav slabo ionsko prevodnost magnezijevih sistemov. Uporabni elektrolit mora magnezijevim ionom omogočiti dovolj hitro gibanje, hkrati pa ne sme razpadati ali povzročati korozije drugih delov celice.
Težava je tudi katoda. Material mora prenesti številne cikle vstopanja in izstopanja ionov, ne da bi pri tem izgubil strukturo in zmogljivost. Ameriško ministrstvo za energijo je pri raziskavah magnezijevih baterij opozorilo, da je prav razvoj praktičnih, visoko zmogljivih elektrolitov ena glavnih ovir za uporabo tehnologije zunaj laboratorijev.
Magnezij ne bi samodejno odpravil surovinske odvisnosti
Pogosta trditev, da bi magnezij odpravil odvisnost od Kitajske, je preveč poenostavljena. Magnezij je sicer geološko razširjen, vendar je proizvodnja kovine močno skoncentrirana. Ameriški geološki zavod opozarja, da je pomemben delež svetovnih zmogljivosti za magnezij v ne-tržnih gospodarstvih, predvsem na Kitajskem in v Rusiji, medtem ko so nekateri projekti zunaj Kitajske obstali ali izgubili financiranje.
To pomeni, da magnezij ni preprost odgovor na geopolitična tveganja pri litiju. Lahko pa bi dolgoročno razširil nabor materialov, med katerimi izbira industrija.
Ne mešajmo magnezija z manganom
Pri električnih avtomobilih se pogosto omenjajo tudi litij-manganske celice, LFP oziroma LMFP baterije in poltrdne baterije. Toda to niso magnezijeve baterije. Pri teh tehnologijah je litij še vedno osnovni nosilec naboja, mangan pa pomaga znižati stroške ali prilagoditi razmerje med energijsko gostoto, močjo in življenjsko dobo.
Magnezij je zato bolj dolgoročna stava. Za zdaj ne bo nadomestil litija v naslednjem električnem avtomobilu, lahko pa ob uspehu raziskav postane pomemben del naslednje generacije hranilnikov energije – najprej pri stacionarnem shranjevanju elektrike, pozneje morda tudi v prometu.
