Het leven van vandaag is sterk afhankelijk van elektriciteit. Echter, de niet aflatende vraag naar elektriciteit vraagt ​​om steeds groenere en "draagbare" energiebronnen. Hoewel windmolens en zonnepanelen veelbelovende alternatieven zijn, de fluctuatie in outputniveaus afhankelijk van externe factoren maakt ze onbetrouwbaar. Dus, vanuit het oogpunt van toewijzing van middelen en economie, secundaire batterijen met een hoge energiedichtheid zijn de toekomst. Door een nieuw materiaal (een metaalverbinding) te synthetiseren voor elektroden die het omkeren van de chemie van ionen vergemakkelijken, een groep onderzoekers onder leiding van Prof. Idemoto van de Tokyo University of Science bestrijdt de verspillende aspecten van energiebronnen, door een belangrijke basis te leggen voor de productie van oplaadbare secundaire magnesiumbatterijen van de volgende generatie. De onderzoekers zijn optimistisch over deze ontdekking en stellen, "We hebben een steenzouttype gesynthetiseerd dat een uitstekend potentieel heeft om te worden gebruikt als positief elektrodemateriaal voor secundaire batterijen van de volgende generatie."

De meest populaire bron van draagbare energie, een batterij bestaat uit drie basiscomponenten:de anode, de kathode, en de elektrolyt. Deze nemen deel aan een samenspel van chemische reacties waarbij de anode extra elektronen produceert (oxidatie) die door de kathode worden geabsorbeerd (reductie), resulterend in een proces dat bekend staat als redoxreactie. Omdat de elektrolyt de stroom van elektronen tussen de anode en kathode remt, de elektronen stromen bij voorkeur door een extern circuit, waardoor een stroom van stroom of "elektriciteit" wordt geïnitieerd. Wanneer het materiaal in de kathode/anode geen elektronen meer kan opnemen/afstoten, de batterij wordt als dood beschouwd.

Echter, bepaalde materialen stellen ons in staat om de chemie om te keren, met behulp van externe elektriciteit die in de tegenovergestelde richting loopt, zodat de materialen in hun oorspronkelijke staat kunnen terugkeren. Dergelijke oplaadbare batterijen zijn vergelijkbaar met de batterijen die worden gebruikt in draagbare elektronische apparaten zoals mobiele telefoons of tablets.

Prof. Idemoto en collega's van de Tokyo University of Science synthetiseerden met kobalt gesubstitueerd MgNiO ₂ , die veelbelovende resultaten laat zien als een nieuwe kathode. "We hebben ons gericht op secundaire magnesiumbatterijen die polyvalente magnesiumionen gebruiken als beweegbare ionen, " stelt Prof. Idemoto terwijl hij hun studie en de verleidelijke vooruitzichten benadrukte "die naar verwachting een hoge energiedichtheid zullen hebben in secundaire batterijen van de volgende generatie." de lage toxiciteit van magnesium en het gemak van het uitvoeren van omgekeerde reacties hebben enthousiasme opgewekt om het als anodemateriaal in hoge energiedichtheid te gebruiken, oplaadbare batterijen. Echter, realisatie hiervan blijft moeilijk vanwege het ontbreken van een geschikte complementaire kathode en elektrolyt. Dit is precies wat deze onderzoekers willen veranderen met hun onderzoek gepubliceerd in het tijdschrift Anorganische scheikunde .

Voortbouwend op standaard laboratoriumtechnieken, de onderzoekers synthetiseerden het nieuwe zout met behulp van de "reverse co-precipitation" -methode. Van de waterige oplossing, ze konden het nieuwe steenzout extraheren. Om zowel de structuur als de roosterbeeldvorming van het geëxtraheerde zout te onderzoeken, ze gebruikten complementair neutronen- en synchrotron-röntgenspectroscopie. Met andere woorden, ze bestudeerden de diffractiepatronen die werden gecreëerd toen de poedermonsters werden bestraald met neutronen of röntgenstraling, resulterend in karakteristieke pieken in intensiteit op bepaalde posities. Tegelijkertijd, de onderzoekers voerden theoretische berekeningen en simulaties uit voor de steenzoutsoorten die een mogelijk "ladings-ontladingsgedrag" vertoonden dat nodig is voor geschikte kathodematerialen. Hierdoor konden ze de opstelling van Mg bepalen, nee, en Co kationen in de steenzoutstructuur op basis van de meest energetisch stabiele structuur onder de 100 gegenereerde symmetrisch verschillende kandidaten.

Naast de structurele analyse, de onderzoekers voerden ook ladings-ontladingstests uit met een driepolige cel en bekende referentie-elektroden, onder verschillende voorwaarden, om de elektrochemische eigenschappen van het steenzout als kathodemateriaal voor de oplaadbare magnesiumbatterijen te begrijpen. Ze ontdekten dat ze de eigenschappen van de batterij konden manipuleren op basis van de Mg-samenstelling en de Ni/Co-verhouding. Dankzij deze structurele en elektrochemische analyses konden ze de optimale samenstelling voor het steenzout als kathodemateriaal aantonen, samen met zijn betrouwbaarheid onder verschillende omgevingsomstandigheden. Prof. Idemoto en het team zijn optimistisch over de eigenschappen van het gesynthetiseerde steenzout, zoals ze benadrukken, "het heeft een uitstekend potentieel voor gebruik als het positieve elektrodemateriaal."

Momenteel, the secondary battery industry is dominated mainly by lithium ion batteries used for electricity storage, in vehicles and portable devices. Er is, echter, a cap on the energy density and storage of these batteries. But for Prof. Idemoto, limitations are merely opportunities, as he maintains, "Novel magnesium secondary batteries have the potential to surpass and replace lithium ion batteries as high-energy density secondary batteries through future research and development."

With such optimism surrounding the research, one can surely conclude that humans are charging into a tomorrow that is lit up by the science of today.