Изучение нового направления производства магниевых аккумуляторов в дополнение к литиевым моделям.
Исследовательская группа UCO в сотрудничестве с Сямэньским университетом и Болгарской академией наук изучила в лабораторных масштабах возможность использования магниевых батарей с использованием нового соединения в качестве катода.
С 1990-х годов на рынке электронных устройств доминируют литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы. Однако, этот материал имеет некоторые проблемы, такие как его дефицит и географическая концентрация, в основном в районах Латинской Америки и Азии. На самом деле, по оценкам, рудников, из которых можно добывать литий, в настоящее время недостаточно для удовлетворения обозримого будущего спроса, вызванного ростом числа электромобилей, так что «если бы мы хотели заменить бензиновые и дизельные автомобили автомобилями, работающими на литии ». -ионных батарей , завтра нам будет не хватать», — заявил исследователь UCO Карлос Перес-Висенте.
Столкнувшись с этими недостатками, научное сообщество ищет альтернативы литию, такие как натрий, кальций, алюминий и магний. В соответствии с этим исследовательская группа FQM288 в UCO опубликовала статью в журнале Energy Storage Materials, в которой они сообщают о своих выводах относительно жизнеспособности магниевых батарей с использованием нового соединения (оксида магния и марганца ) в качестве катода при очень специфических условиях. условиях (с катионами, занимающими контролируемые положения в октаэдрических и тетраэдрических пустотах).
Все батареи состоят из 3 элементов: анода, катода и электролита, и их взаимосвязь вызывает химическую реакцию, которая высвобождает полезную энергию. В этом исследовании металлический магний использовался в качестве анода (отрицательный полюс батареи). Этот материал имеет некоторые преимущества перед литием: будучи металлическим, он имеет большую емкость, чем современные аноды литий-ионных аккумуляторов, и не образует дендритов (отложений, которые влияют на безопасность аккумуляторов, вызывая их короткое замыкание), что-то вроде это произошло с литий-металлическими батареями.
В то время как металлический магний может удвоить емкость батарей, произвести реакцию сложнее. Поэтому, как заявил Грегорио Ортис, исследователь UCO, «не любой материал может работать с магнием; должны быть теоретические и экспериментальные предварительные исследования, которые приведут к успеху». Таким образом, необходимо соединить металлический магний с подходящим катодом (положительным полюсом батареи). Материал, который они использовали в качестве катода в исследовании, представляет собой оксид магния-марганца, Mg 2 MnO 4 , который представлен в стабильной структуре.
Это соединение вызывает процесс восстановления и окисления (окислительно-восстановительный), благодаря которому вырабатывается энергия батарей. При этом металл катода (марганец) восстанавливается и отдает электроны металлу анода (магнию), который их принимает и окисляет. Перенос ионов осуществляется через электролит, третий компонент батареи, соединяющий анод и катод. В проведенном исследовании использовался неводный электролит, позволяющий работать при более высоких напряжениях.
Исследование, которое является частью исследовательского проекта, начатого в 2018 году и объединяющего Университет Кордовы, Сямэньский университет и Болгарскую академию наук, сочетает теоретические расчеты с экспериментальным компонентом, в котором такие методы, как дифракция рентгеновских лучей, использовались электронный парамагнитный резонанс, электронная микроскопия и фотоэлектронная спектроскопия. Для достижения этих научных достижений взаимодействие с учеными в Китае и руководство профессора Ортиса имели основополагающее значение. Они подтвердили, что магнийбатареи с соединением марганца увеличили свою емкость до 3,1 вольта, что означает, что их плотность энергии в лабораторных масштабах составляет 335 Втч/кг, что составляет 60% плотности энергии литий-ионных батарей. Это прорыв, так как в предыдущих исследованиях никогда не превышался максимум 2,2 вольта. Однако они также обнаружили, что в циклах зарядки и разрядки первоначальная емкость батарей снижается вдвое. Как утверждает Ортис, «с новыми научными стратегиями первоначальные возможности могут быть восстановлены».
Результаты, полученные в ходе исследования, обнадеживают, предполагая возможность существования аккумуляторов, дополняющих литиевые. Однако эта формула была проверена только на лабораторном уровне, поэтому нам придется подождать, чтобы увидеть, как она работает в реальном масштабе, что потребует от промышленности вложения денег в разработку этих батарей.
