Onderzoekers van de Universiteit van Houston en het Toyota Research Institute of America hebben een veelbelovende nieuwe versie van hoogenergetische magnesiumbatterijen ontdekt. met potentiële toepassingen variërend van elektrische voertuigen tot batterijopslag voor systemen voor hernieuwbare energie.

De batterij, gemeld 21 december in Joule , is de eerste die werkt met beperkte elektrolyten bij gebruik van een organische elektrode, een verandering die volgens de onderzoekers veel meer energie kan opslaan en ontladen dan eerdere magnesiumbatterijen. Ze gebruikten een chloridevrije elektrolyt, een andere verandering ten opzichte van de traditionele elektrolyt die wordt gebruikt door magnesiumbatterijen, die de ontdekking mogelijk maakte.

Yan Yao, universitair hoofddocent elektrotechniek en computertechniek aan de UH, zei dat de onderzoekers konden bevestigen dat chloride in de veelgebruikte elektrolyt bijdraagt ​​​​aan trage prestaties. "Het probleem dat we probeerden aan te pakken, is de impact van chloride, " zei hij. "Het wordt universeel gebruikt."

Ja, die ook hoofdonderzoeker is bij het Texas Center for Superconductivity aan de UH, en zijn team gebruikten de chloridevrije elektrolyt om organische chinonpolymeerkathoden te testen met een magnesiummetaalanode, melden dat ze tot 243 wattuur per kilogram leverden, met een vermogen gemeten tot 3,4 kilowatt per kilogram. De batterij bleef stabiel tot en met 2, 500 cycli.

Wetenschappers hebben tientallen jaren gezocht naar een energierijke magnesiumbatterij, in de hoop te profiteren van de natuurlijke voordelen die magnesium heeft ten opzichte van lithium, het element dat wordt gebruikt in standaard lithium-ionbatterijen. Magnesium komt veel vaker voor en is daarom goedkoper, en het is niet vatbaar voor breuken in de interne structuur - bekend als dendrieten - waardoor lithiumbatterijen kunnen exploderen en vlam kunnen vatten.

Maar magnesiumbatterijen zullen pas commercieel concurrerend zijn als ze grote hoeveelheden energie kunnen opslaan en ontladen. Yao zei dat eerdere kathode- en elektrolytmaterialen een struikelblok waren.

De kathode is de elektrode van waaruit de stroom in een batterij vloeit, terwijl de elektrolyten het medium zijn waardoor de ionische lading tussen kathode en anode stroomt.

Andere onderzoekers van het project zijn onder meer de eerste auteurs Hui Dong, een promovendus aan de UH, en Yanliang Leonard Liang, onderzoeksassistent-professor aan de UH; Oscar Tutusaus en Rana Mohtadi, beide met het Toyota Research Institute of North America; en UH-promovendi Ye Zhang en Fang Hao.

"Door (de) optimale combinatie van organische carbonylpolymeerkathoden en Mg-opslag-mogelijke elektrolyten, we zijn in staat om hoge specifieke energie aan te tonen, stroom, en fietsstabiliteit die zelden worden gezien in Mg-batterijen, " Zij schreven.

Liang merkte op dat tot nu toe, de beste kathode voor magnesiumbatterijen was een Chevrel-fase molybdeensulfide, bijna 20 jaar geleden ontwikkeld. Het heeft noch de kracht, noch de energieopslagcapaciteit om te concurreren met lithiumbatterijen, hij zei.

Maar recente rapporten suggereren dat organische kathodematerialen een hoge opslagcapaciteit bij kamertemperatuur kunnen bieden. "We waren benieuwd waarom, ' zei Liang.

Dong zei dat beide geteste organische polymeerkathodes een hogere spanning leverden dan de Chevrel-fasekathode.

Yao zei dat toekomstig onderzoek zich zal richten op het verder verbeteren van de specifieke capaciteit en spanning voor de batterijen om te kunnen concurreren met lithiumbatterijen.

"Magnesium is veel overvloediger, en het is veiliger " zei hij. "Mensen hopen dat een magnesiumbatterij de risico's van lithiumbatterijen kan oplossen."