Kobberion låser op for magnesium potentiale i næste generations batterier

Forskere ved Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) fra det kinesiske videnskabsakademi (CAS) er kommet et skridt tættere på at gøre en levedygtig, høj-output batteri baseret på magnesium (Mg), et element, som United States Geological Survey rapporterer, er langt mere rigeligt end lithium.

Forskerne publicerede deres resultater i Angewandte Chemie , et fagfællebedømt tidsskrift fra German Chemical Society den 11. april, 2020.

Nylige forsøg på at udvikle et levedygtigt Mg-batteri er snublet, fordi udledningsprodukterne er isolatorer, hæmmer output og sinker opladningscyklussen.

QIBEBT-forskerne fandt ud af, at brug af en kobberion ("Cu ⁺ ") oprindelse fra katoden i batteriet løser problemet med opbygning af afladningsprodukt. Når deres Mg-batteri aflades, Cu ⁺ opløses i elektrolyt, udveksling med Mg ₂ ⁺ kemisk, og bliver til metallisk kobber, da det modtager elektroner og danner en belægning på elektroden. Da kobber er stærkt ledende, elektricitet flyder frit, giver mulighed for høj energiproduktion.

Holdets resultater viste fremragende præstationer i den nyudviklede Mg/Cu ⁺ batteri. Efter indledende konditionering, deres eksperimentelle batteri beholdt 80 procent af sin oprindelige kapacitet efter 200 opladnings-/afladningscyklusser. Et typisk kommercielt lithium-ion-batteri holder mindst 80 procent af sin oprindelige kapacitet efter 1000 cyklusser.

Prof. Cui Guanglei sagde, at hans holds Mg-batteri endnu ikke er kommercielt levedygtigt, men det er på vej til at konkurrere med lithium batteri. "Vi forventer at opnå 1. 000-cyklus milepæl i de næste to år, " han sagde.

Dag-til-dag prisen på magnesium er i gennemsnit omkring $5, 000 USD pr. ton - omkring halvdelen af ​​prisen på lithium. Udover at være billigere, magnesiumbaserede batterier ville også være sikrere. Dårligt fremstillede lithiumbatterier kan overophedes og eksplodere, skabe et ansvar for industrier lige fra telekommunikation til rumfart. "Jeg har fuld tillid til at sige, at beskæftigelsen Cu ⁺ /Mg kan føre til sikrere batteriprodukter, " sagde prof. Cui.

Prof. Cui sagde det næste skridt hen imod fremstilling af Cu ⁺ /Mg batterier en kommerciel realitet vil være at designe den som en fleksibel pose. For at gøre det, de bliver nødt til at skabe en gelform af deres Cu ⁺ elektrolytopløsning.

"Som vi kan se, en gelelektrolyt ville være egnet til Cu ⁺ drevet katode kemi, " sagde Prof. Cui. Når batteriet kan fungere i en gelposeform, det bliver lettere at konstruere det til de mærkelige og ofte meget tynde former, som nutidens forbrugerenheder kræver.

"Det ultimative mål med denne undersøgelse er at kommercialisere Mg-metalbatteriet som den næste generation af energilagringsenheder ud over lithium-ion-teknologi." Prof. Cui sagde.