Ich glaube, dass die Schaltung so nicht funktionieren wird. Wenn der AVR die I2C-Leitungen auf Masse zieht, dann leiten die Mosfets durch die parasitäre Diode von Source nach Drain völlig unabhängig davon, welche Spannung am Gate anliegt.

Eigentlich müsste es auch reichen, wenn man nur die SCL-Leitung schaltbar macht. Solange es keine Impulse auf Clock gibt, wird das Device die Spannung auf SDA wohl einfach ignorieren.

Falls es dir bei der Aktion nur um eine höhere Kapazität geht, dann wäre eventuell auch eine SD-Karte eine Überlegung wert. Die Karten sind so weit verbreitet, dass man auch in einigen Jahren noch kompatible Ersatzkarten bekommt. Dabei muss man sich nicht auf einen Hersteller festlegen und man kann ohne Änderungen an der Schaltung von zukünftigen Kapazitätssteigerungen profitieren.