Πρόοδος στις επαναφορτιζόμενες μπαταρίες μαγνησίου

Ερευνητές με επικεφαλής τον καθηγητή Dennis Leung από το Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών του Πανεπιστημίου του Χονγκ Κονγκ (HKU) ανακάλυψαν μια νέα δυνατότητα—μια επαναφορτιζόμενη υδατική μπαταρία με μεταλλική άνοδο μαγνησίου. Η καινοτομία ανοίγει μια νέα κατεύθυνση για την ανάπτυξη μπαταριών μετα-ιόντων λιθίου.

«Με υψηλή θεωρητική ικανότητα και αρνητικό ηλεκτροχημικό δυναμικό, το μαγνήσιο είναι ένα ελκυστικό υλικό ανόδου», δήλωσε ο καθηγητής Leung. «Το μαγνήσιο είναι επίσης μη τοξικό και άφθονο στη γη».

Το μαγνήσιο (Mg) αποτελεί πάνω από το 2% του φλοιού της Γης και είναι 1,000 φορές πιο άφθονο από το λίθιο. Τα μέταλλα Mg θεωρούνταν από καιρό δύσχρηστα σε μπαταρίες λόγω της υψηλής αντιδραστικότητάς τους. Το Mg παθητικοποιείται όταν εκτίθεται στην υγρασία, σχηματίζοντας ένα αδιαπέραστο φιλμ οξείδωσης που εμποδίζει τις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής. Οι περισσότεροι ερευνητές μελετούν μπαταρίες Mg με μη υδατικούς οργανικούς ηλεκτρολύτες, αλλά είναι συχνά δαπανηρές, ασταθείς και ανεπαρκώς αγώγιμες.

Οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες μαγνησίου (Mg) είναι μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία μπαταριών μετα-λιθίου, αλλά η ανάπτυξή τους έχει παρεμποδιστεί σημαντικά από την παθητικοποιητική φύση του Mg, ιδιαίτερα σε υδατικά διαλύματα. Λόγω της γρήγορης απόρριψης της αναστρεψιμότητάς του, η χρήση των ανοδίων Mg στους υδατικούς ηλεκτρολύτες έχει παραβλεφθεί και οι περισσότεροι ερευνητές επικεντρώνονται σε μη υδατικά συστήματα. Σε αυτή την εργασία, αναστρέψιμη, υδατική χημεία μπαταρίας Mg υλοποιήθηκε για πρώτη φορά, μέσω της μετατροπής της αδιαπέραστης μεμβράνης παθητικοποίησης της σε ένα αγώγιμο σύμπλεγμα μεταλλικού οξειδίου, που διευκολύνεται από τη ρύθμιση Cl– και την καταστολή της αντίδρασης έκλυσης υδρογόνου χρησιμοποιώντας νερό MgCl2 ηλεκτρολύτης -σε αλάτι (WIS). Όταν συνδυάζεται με εξακυανοφερρικό χαλκό ως κάθοδο, η γεμάτη μπαταρία εμφανίζει εντυπωσιακό επίπεδο τάσης 2.4–2.0 V και σταθερότητα άνω των 700 κύκλων με κουλομβική απόδοση έως και 99% στα 0.5 A g–1. Η διάλυση και η εναπόθεση Mg έχουν αποδειχθεί αναστρέψιμες στον υδατικό ηλεκτρολύτη MgCl2 WIS.

Ενεργειακά γράμματα ACS – Αντιστρεψιμότητα μιας υψηλής τάσης, ρυθμιζόμενης με Cl–, υδατικής μεταλλικής μπαταρίας Mg που ενεργοποιείται από έναν ηλεκτρολύτη νερού σε αλάτι