Fortschritt zu wiederaufladbaren Magnesiumbatterien

Forscher unter der Leitung von Professor Dennis Leung vom Department of Mechanical Engineering der University of Hong Kong (HKU) haben eine neue Möglichkeit entdeckt – eine wiederaufladbare wässrige Batterie mit einer Magnesiummetallanode. Die Innovation eröffnet eine neue Richtung für die Entwicklung von Post-Lithium-Ionen-Batterien.

„Mit einer hohen theoretischen Kapazität und einem negativen elektrochemischen Potential ist Magnesium ein attraktives Anodenmaterial“, sagte Professor Leung. „Magnesium ist außerdem ungiftig und auf der Erde reichlich vorhanden.“

Magnesium (Mg) macht über 2 % der Erdkruste aus und ist 1,000 Mal häufiger als Lithium. Mg-Metalle galten wegen ihrer hohen Reaktivität lange als schwierig in Batterien zu verwenden. Mg wird passiviert, wenn es Feuchtigkeit ausgesetzt wird, und bildet einen undurchlässigen Oxidationsfilm, der Redoxreaktionen blockiert. Die meisten Forscher untersuchen Mg-Batterien mit nicht-wässrigen organischen Elektrolyten, aber sie sind oft teuer, instabil und schlecht leitfähig.

Wiederaufladbare Magnesium (Mg)-Batterien sind eine vielversprechende Post-Li-Ionen-Batterietechnologie, aber ihre Entwicklung wurde durch die passivierende Natur von Mg, insbesondere in wässrigen Lösungen, kritisch behindert. Aufgrund einer schnellen Ablehnung seiner Reversibilität wurde die Verwendung von Mg‐Anoden in wässrigen Elektrolyten übersehen, und die meisten Forscher konzentrieren sich stattdessen auf nichtwässrige Systeme. In dieser Arbeit wurde zum ersten Mal eine reversible, wässrige Mg-Batteriechemie realisiert, über die Umwandlung ihres undurchlässigen Passivierungsfilms in einen leitfähigen Metalloxidkomplex, erleichtert durch Cl–-Regulierung und die Unterdrückung der Wasserstoffentwicklungsreaktion unter Verwendung von MgCl2-Wasser -in-Salz (WIS) Elektrolyt. In Verbindung mit Kupferhexacyanoferrat als Kathode zeigt die Vollbatterie ein beeindruckendes Spannungsplateau von 2.4–2.0 V und eine Stabilität von über 700 Zyklen mit einem Coulomb-Wirkungsgrad von bis zu 99 % bei 0.5 A g–1. Mg-Auflösung und -Abscheidung haben sich im wässrigen MgCl2-WIS-Elektrolyten als reversibel erwiesen.

ACS Energy Letters – Reversibilität einer Cl-regulierten, wässrigen Mg-Metall-Hochspannungsbatterie, die durch einen Wasser-in-Salz-Elektrolyten ermöglicht wird