IRW-PRESS: MGX Minerals Inc.: MGX Minerals führt Langzeitstabilitätsbewertung mit
über 1.000 Zyklen bei Siliziumanoden für die nächste Generation von
Lithiumionenbatterien durch

VANCOUVER, BRITISH COLUMBIA / 2. April 2020 / MGX Minerals Inc. (MGX oder das Unternehmen) (CSE:
XMG / FKT: 1MG / OTC: MGXMF) freut sich berichten zu können, dass die Forschungspartnerschaft
mit der University of British Columbia (UBC) eine Langzeitstabilitätsbewertung von
nanostrukturiertem Silizium, das aus kostengünstigem metallurgischem Silizium hergestellt
wurde, durchgeführt hat. Das nanostrukturierte Silizium mit einer
Spezialoberflächenbeschichtung konnte bei 1.000 Batteriezyklen eine reversible Leistung von
607,5 mAh g-1 bei einer aktuellen Dichte von 2A g-1 aufrechterhalten. Herkömmliche
Lithiumionenbatterien haben eine Lebensdauer von 500-1.500 Zyklen. MGX besitzt in der kanadischen
Provinz British Columbia drei bedeutende Siliziumkonzessionsgebiete. 

Die Partnerschaft zwischen MGX und UBC entwickelt eine hocheffiziente, lang haltende
Siliziumanode, die die Entwicklung von Lithiumionenbatterien der nächsten Generation
ermöglicht. Diese Batterien können eine erhöhte Energiedichte erzielen als der
derzeitige Standard von ~ 200 Wh/kg bis 400 Wh/kg, um in elektrischen Langstreckenfahrzeugen und
Energiespeichern im Netzmaßstab eingesetzt zu werden. Das Projekt verwendet
kostengünstiges metallurgisches Silizium als Ausgangsmaterial für die Herstellung von
nanostrukturiertem Silizium. Die Partnerschaft hat bereits Gespräche hinsichtlich der
Vermarktung und Herstellung der Technologie aufgenommen.

Siliziumanode

Silizium gilt aufgrund seiner zehnfach höheren Nennkapazität (4.200 mAh g-1) im
Vergleich zu den handelsüblichen Graphitanoden (372 mAh g-1) als vielversprechendstes
Anodenmaterial. Es überzeugt mit einer geringen Arbeitsspannung und ist in großen Mengen
verfügbar (zweithäufigstes Element der Welt). Allerdings sind dem Einsatz von
Siliziumwerkstoffen im industriellen Maßstab aufgrund der komplizierten und kostenintensiven
Ansätze bei der Herstellung von Silizium mit den gewünschten Nanostrukturen klare Grenzen
gesetzt. Aus diesem Grund haben wir über eine skalierbare und kosteneffiziente Methode zur
Gewinnung von nanoporösen Siliziumpartikeln mithilfe eines skalierbaren chemischen
Ätzverfahrens unter Einsatz von Metallen berichtet. Hier wurde zunächst
kostengünstiges metallurgisches Silizium als Ausgangsstoff verwendet. Danach wurde eine
ultradünne Deckschicht auf der Oberfläche der vorbereiteten nanostrukturierten
Siliziumpartikel aufgebracht, um deren Zyklusleistung noch besser zu stabilisieren. Das Ergebnis:
Die außerordentliche Speicherkapazität bleibt in verlängerten elektrochemischen
Zyklen gut erhalten. Insbesondere wird nach mehr als 1.000 Zyklen bei einer aktuellen Dichte von 1C
(2.000 mA g-1) eine reversible Leistung von 607,5 mAh g-1 erzielt. Diese überragende
elektrochemische Leistung dürfte auf die synthetischen Effekte der nanoporösen Struktur
und der ultradünnen Beschichtung zurückzuführen sein, die eine
Elektrolytenpenetration ermöglichen, die enorme Volumenausdehnung/Schrumpfung eingrenzen,
unerwünschte Nebeneffekte unterdrücken und die Schnittstelle zwischen Elektrode und
Elektrolyten während des wiederholten elektrochemischen Lithiierungs-/Entlithiierungsprozesses
stabilisieren. Das neu entwickelte, skalierbare chemische Ätzverfahren unter Einsatz von
Metallen wird in Verbindung mit der Beschichtung wegbereitend für die Revolution der
Siliziumanodenmaterialien für Lithiumionenbatterien mit hoher Energiedichte sein. 

Weiterentwicklung der Lithiumionenbatterie mit Siliziumanode

Lithiumionenbatterien (LIBs) zählen zu den wichtigsten Energiespeichertechnologien. Sie
dominieren den Weltmarkt für Energiespeicher und kommen unter anderem in der
Unterhaltungselektronik, in Elektrofahrzeugen und in dezentralen Energiespeichersystemen zum
Einsatz. Die steigende Nachfrage seitens der Endkunden hat die Entwicklung von LIBs mit einer
höheren Energie- und Leistungsdichte, einer besseren Nennleistung und einer längeren
Lebensdauer begünstigt. Silizium gilt wegen seiner hohen Nennkapazität, der moderaten
Arbeitsspannung und der großen weltweiten Verfügbarkeit schon seit langem als
vielversprechendste Alternative unter den Anodenmaterialien.

Trotz seiner Vorteile hat Silizium mit einer naturgegebenen Hürde zu kämpfen: Bei der
Legierung mit bzw. der Ablegierung von Lithium während des Zyklus kommt es zu einer enormen
Volumenänderung von bis zu 400 %, was beim Einsatz in der Praxis zu enormen Herausforderungen
führt. Erstens kommt es bei wiederholten Volumenänderungen letztendlich zu einem
mechanischen Bruch und zur Pulverisierung der Siliziumanode; dadurch werden aktive
Siliziummaterialien vom jeweiligen Stromabnehmer elektronisch isoliert und es entsteht ein
beträchtlicher Verlust von aktivem Silizium. Zweitens ist die sogenannte Solid Electrolyte
Interphase (SEI) - eine Schutzschicht, die an der Oberfläche der Siliziumanode infolge der
Zersetzung des Elektrolyten gebildet wird - nicht stabil. Die dynamische Volumenänderung
verursacht nicht nur einen Zusammenbruch der bestehenden SEI infolge der wiederholten Ausdehnung und
Schrumpfung, sondern es wird auch eine frische Siliziumoberfläche freigelegt, wo sich
während der Zyklen laufend neue SEI-Schichten bilden. Diese andauernde Nebenreaktion zwischen
Silizium und dem Elektrolyten verbraucht in parasitärer Weise Lithiumionen und
Lösungsmittel für den Elektrolyten und erhöht den Ladungsübertragungswiderstand
durch Anhäufung dicker SEI-Schichten. Drittens könnte die Volumenänderung auf
Zellebene mit der Zeit zu einem Anschwellen der Siliziumelektrode führen, wodurch die
volumetrische Energiedichte (Wh L-1) der Siliziumanode von Lithiumionenbatterien abnimmt. Es konnte
gezeigt werden, dass Siliziumelektroden mit einer Schwellung von 50 % oder mehr eine geringere
volumetrische Energiedichte aufweisen als Graphitelektroden, wodurch der Vorteil der höheren
Nennkapazität von Silizium gegenüber Graphit aufgehoben wird.

In den letzten zehn Jahren wurden bei den Bemühungen, die vorgenannten Herausforderungen
einer Lösung zuzuführen, große Fortschritte erzielt. Mehrere Strategien - unter
anderem die Einflussnahme auf Größe, Oberflächenbeschichtung und Zusammensetzung von
Silizium - haben sich als effizient erwiesen. (1) Einflussnahme auf die Größe:
Nanostrukturiertes Silizium ist im Vergleich zu seinem Gegenspieler (Bulk-Silizium) besser in der
Lage, Belastungen und Volumenänderungen abzufedern und beschleunigt sowohl Ionendiffusion als
auch Elektronentransfer. Infolgedessen wurden verschiedene Silizium-Nanostrukturen, wie z.B.
Nanodrähte, Nanoröhren, Nanopartikel und poröse Netzwerke, eingehend untersucht; ihr
Potenzial für den Einsatz in Lithiumionenbatterien ist vielversprechend. (2)
Oberflächenbeschichtung: Die Oberflächenbeschichtung ist für die Herstellung einer
stabilen SEI auf der Siliziumanode unerlässlich, denn nur so können Nebeneffekte
vermieden, die Bruchbeständigkeit erhöht und die elektrische Leitfähigkeit verbessert
werden. Diesbezüglich wurden viele Beschichtungsmaterialien wie Carbon, Metalloxide, Polymere
etc. in das nanostrukturierte Silizium eingebunden, um seine Zyklenfestigkeit zu steigern. (3)
Verbund von Silizium mit einer leitfähigen Matrix (wie z.B. Graphen und Graphit): Dieser Ansatz
ist weitverbreitet und kombiniert die Vorteile von Silizium und einer leitfähigen Matrix.
Insbesondere ein Graphit-Silizium-Verbund gilt als praktikable Anodenalternative. Der Verbund
profitiert einerseits von der hohen Stabilität und Leitfähigkeit von Graphit und
andererseits von der hohen Kapazität von Silizium; gleichzeitig werden die bekannten Probleme
von Siliziumanoden weitgehend beseitigt. 

Trotz ihrer enormen Weiterentwicklung sind Siliziumanoden in Bezug auf ihren Einsatz in der
Praxis nach wie vor mit großen Problemen behaftet. Ein Problem ist das Fehlen einer
skalierbaren und kostengünstigen Produktionsmethode für nanostrukturiertes Silizium. Die
derzeitigen Herstellungsverfahren (Bottom-up- oder Top-down-Ansatz) bieten aufgrund ihrer
Komplexität und/oder der kostspieligen Ausgangsmaterialien keine kosteneffiziente
Möglichkeit die Kosten von Siliziumanoden zu senken. Das chemische Aufdampfen zum Beispiel
ermöglicht eine Aufbringung von Silizium-Nanopartikel mit weniger als 100 nm, erfordert jedoch
hohe Temperaturen und teure Vorstufen (wie z.B. Si2H6, SiH4). Auf der anderen Seite basieren die
Top-down-Ansätze mehrheitlich auf teurem elektronischem Silizium (n-Typ, p-Typ, Bor-Dotierung,
Reinheitsgrad > 99,99999 %) als Ausgangsmaterial und erfordern den Einsatz von Matrizen oder
lithographischen Schritten, die das Verfahren komplizierter machen. Ein weiteres Problem ist, dass
die meisten bisher erwähnten Siliziumanoden auf Halbzellen basieren (Lithiummetall als
Gegenelektrode) und die Verwendung von übermäßigem Lithiummetall in Halbzellen die
Probleme mit der Effizienz und Zyklusdauer von Siliziumanoden verschleiert. Die Bewertung ihrer
Machbarkeit in ganzen Zellen - wie sie in der Praxis benötigt werden - ist eine
Herausforderung. 

Das Team hat nun eine kosteneffiziente Methode zur Gewinnung von nanoporösen
Siliziumpartikeln mithilfe eines skalierbaren chemischen Ätzverfahrens unter Einsatz von
kostengünstigem metallurgischem Silizium als Ausgangsstoff entwickelt und außerdem eine
ultradünne Beschichtung zur Stabilisierung der Siliziumanodenoberfläche eingeführt.
Die Kombination aus einer nanoporösen Struktur und einer Deckschicht im Nanomaßstab
bringt nicht nur Vorteile für die Elektrolytfiltration, sondern lässt auch große
mechanische Belastungen während der Lithiumeinbringung und -extraktion zu. Dies führt zu
einer deutlichen Verbesserung der elektrochemischen Leistung. 

Über die Forschungspartnerschaft

Das Gesamtziel des zweijährigen Forschungsprogramms ist die Entwicklung einer
kostengünstigen und skalierbaren Methode zur Herstellung einer Siliziumanode, mit der sich die
Energiedichte von Lithiumionenbatterien verbessern lässt. Dr. Jian Liu, Assistant Professor an
der School of Engineering der UBC Okanagan, leitet eine Forschungsgruppe, die sich auf
fortschrittliche Werkstoffe zur Energiespeicherung konzentriert. Zuvor war Dr. Liu technischer
Leiter im Bereich Entwicklung von Rohstoffen zur Oberflächenbeschichtung durch Atom- und
Molekularlagenabscheidung sowie deren Anwendung in der Oberflächen- und Schnittstellentechnik
von Anode und Kathode bei Lithiumionenbatterien an der Western University und am Pacific Northwest
National Laboratory. 

Siliziumprojekte von MGX 

MGX betreibt drei Siliziumprojekte im Südosten von British Columbia - Koot, Wonah und
Gibraltar. Aus dem Projekt Gibraltar wurde vor Kurzem eine Quarzitprobe von einer Tonne zur
mineralogischen Analyse an das unabhängige Labor Dorfner Anzaplan (Dorfner) in Deutschland
überstellt. Dorfner führte eine Röntgenbeugungsanalyse, chemische Analysen mittels
Röntgenfluoreszenzspektroskopie, Analysen der Korngrößenverteilung und der
Mineralverarbeitung, eine automatisierte optische Sortierung sowie Tests zur Bestimmung der
thermischen Stabilität durch. Die Ergebnisse wiesen darauf hin, dass das Material nach
Zerkleinerung und Klassifizierungsfraktion eine hohe ursprüngliche Reinheit (99,5 Gew.-%)
aufweist, wodurch die Fraktion aus chemischer Sicht als Rohstoff von mittlerer Qualität
für die Herstellung von metallurgischem Silizium geeignet ist.

Über MGX Minerals Inc. 

MGX Minerals investiert in Rohstoff- und Technologieunternehmen und will sich verstärkt auf
Batterie- und Energiemassenspeichertechnologien, modernste Werkstoffe, die Extraktion von Mineralien
und Metallen aus Flüssigkeiten, die Wasserfiltration und die Vergasung konzentrieren. MGX
widmet sich der Exploration von Batteriemetallen (Ni-V-Li-Co-Pt-Pd), Industrierohstoffen und
landwirtschaftlichen Rohstoffen (MgO-Si-Nb), Gold und Wasserstoff. Im letzten Geschäftsquartal
zum 31. Oktober 2019 verfügte MGX Minerals über Anlagewerte in Höhe von 26,6
Millionen Dollar und war mit Verbindlichkeiten und Darlehen in Höhe von 6 Millionen Dollar
belastet. 

Kontaktdaten
Patrick Power
Chief Executive Officer 
ppower@mgxminerals.com 
Web: www.mgxminerals.com 

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