Genopladelige magnesiumbatterier med høj hastighed bevæger sig et skridt tættere på realiseringen

Magnesium genopladelige batterier (MRB'er), hvor Mg-metal med høj kapacitet anvendes som anodemateriale, er lovende kandidater til næste generations batterier på grund af deres energitæthed, sikkerhed, og omkostninger. Imidlertid, manglen på højtydende katodematerialer hæmmer deres udvikling.

Ligesom deres lithium-ion modstykker, overgangsmetaloxider er de vigtigste katodematerialer i MRB'er. Alligevel udgør den langsomme diffusion af Mg-ioner inde i oxiderne et alvorligt problem. For at overvinde dette, nogle forskere har udforsket svovlbaserede materialer. Men svovlbaserede katoder til MRB har alvorlige begrænsninger:lav elektronisk ledningsevne, træg Mg-diffusion i faste Mg-S-forbindelser, og opløselighed af polysulfider i elektrolytter, hvilket resulterer i lav hastighedsevne og dårlig cyklabilitet.

Nu, et forskerhold, der omfattede Tohoku Universitys Dr. Shimokawa og professor Ichitsubo, har udviklet flydende svovl/sulfidkompositkatoder, der muliggør højhastighedsmagnesiumbatterier. Deres papir er blevet offentliggjort i Journal of Materials Chemistry A .

De flydende svovl/sulfid kompositmaterialer kan fremstilles spontant ved elektrokemisk oxidation af metalsulfider, såsom jernsulfid, i en ionisk flydende elektrolyt ved 150. Kompositmaterialet viste høj ydeevne i kapacitet, potentiel, cykelbarhed, og rateevne.

Forskerne opnåede en afladningskapacitet på ~900 mAh/g ved en høj strømtæthed på 1246 mA/g baseret på massen af ​​aktivt svovl. Ud over, de afslørede, at afladningspotentialet blev forstærket ved at udnytte ikke-ligevægtssvovl dannet ved hurtige opladningsprocesser.

Dette materiale muliggjorde en stabil katodeydelse ved 150°C i mere end 50 cyklusser. En så høj cyklusbarhed kan tilskrives følgende punkter:høj strukturel reversibilitet af det aktive materiale i flydende tilstand, lav opløselighed af polysulfider i den ioniske flydende elektrolyt, og højt udnyttelsesforhold af svovl på grund af dets adhæsion til ledende sulfidpartikler, der danner en porøs morfologi under syntesen af ​​kompositmaterialerne.

På trods af forskernes fremskridt, der er flere problemer tilbage. "Vi har brug for elektrolytter, der er kompatible med både katode- og anodematerialer, fordi den ioniske væske, der bruges i dette arbejde, passiverer Mg-metalanoden, " sagde Shimokawa. "I fremtiden, det er vigtigt at udvikle nye elektrokemisk stabile elektrolytter for at gøre MRB'er mere praktiske til udbredt brug."

Selvom MRB'er stadig er i udviklingsstadiet, forskerholdet håber, at deres arbejde giver en ny måde at udnytte flydende svovl som højhastigheds katodematerialer til MRB'er. "Dette ville øge forbedringen af ​​svovlbaserede materialer for at opnå højtydende næste generations batterier, "tilføjede Shimokawa.