Akumulatory magnezowe alternatywą dla litowo-jonowych. Najnowsze badania naukowców 

Akumulatory magnezowe od dawna uważane są za potencjalnie bezpieczniejszą i tańszą alternatywę dla akumulatorów litowo-jonowych, jednak ich poprzednie wersje napotykały ograniczenia pod względem dostarczanej mocy. Naukowcy z Uniwersytetu Houston i Toyota Research Institute of North America (TRINA) donoszą, że znaleźli potencjalne rozwiązanie tego problemu.

Eksperci opracowali nową katodę i elektrolit, wcześniejsze czynniki ograniczające, aby zademonstrować, że bateria magnezowa jest zdolna do działania w temperaturze pokojowej i zapewnia gęstość mocy porównywalna do tej zaobserwowanej u akumulatorów litowo-jonowych. 

Problem z magnezem

Jony magnezu mają dwukrotnie większy ładunek niż lit, przy niemal takim samym promieniu jonowym. W rezultacie dysocjacja magnezu z elektrolitów i jego dyfuzja w elektrodzie, dwa zasadnicze procesy zachodzące w klasycznych katodach interkalacyjnych, przebiegają wolno w temperaturze pokojowej, co skutkuje ich niską mocą. 

Istnieją dwa sposoby rozwiązania tych problemów: usprawnienie reakcji chemicznych w podwyższonych temperaturach oraz przechowywanie kationu magnezu w jego złożonej postaci. Jednak żadne z tych podejść nie jest praktyczne. 

Przełomowe wyniki

Yan Yao, profesor inżynierii elektrycznej na Uniwersytecie w Houston i współautor artykułu, powiedział, że przełomowe wyniki pochodzą z połączenia organicznej katody chinonowej i nowego, dostosowanego do potrzeb roztworu elektrolitu opartego na klastrach boru.

Naukowcy z projektu TRINA dokonali ogromnych postępów w dziedzinie akumulatorów magnezowych, w tym opracowali wysoce wydajne elektrolity oparte na anionach klastra boru. Jednak te elektrolity miały ograniczenia w utrzymywaniu wysokich częstotliwości cykli baterii. 

– Mieliśmy wskazówki, że elektrolity oparte na tych słabo koordynujących anionach w zasadzie mogą potencjalnie wspierać bardzo wysokie współczynniki cykli, więc pracowaliśmy nad poprawieniem ich właściwości – powiedziała Rana Mohtadi z TRINA. – Rozwiązaliśmy ten problem, zwracając naszą uwagę na rozpuszczalnik, aby zmniejszyć jego wiązanie z jonami magnezu i poprawić kinetykę transportu masowego.

Kierunki rozwoju badań nad bateriami magnezowymi

Prace są po części kontynuacją wcześniejszych badań przeprowadzonych w 2018 roku w Joule. 

– Nowa bateria osiągnęła prawie dwa razy większą gęstość mocy niż bateria z 2018 roku – wyjaśniła Mohtadi.– Akumulator był w stanie pracować przez ponad 200 cykli z zachowaniem około 82% pojemności, wykazując wysoką stabilność. Możemy jeszcze bardziej poprawić stabilność cykliczną. 

– Obecne badania wskazują kierunki rozwoju badań nad wysokowydajnymi akumulatorami magnezowymi. Dodatkowo odkrywają nowe możliwości wykorzystania metali o dużej gęstości do szybkiego magazynowania energii – dodał Oscar Tutusaus z TRINA.

Źródło: phys.org