Wiederaufladbare Magnesiumbatterien (RMBs) haben als Energiespeicherlösungen, die Lithium-Ionen-Batterien übertreffen, große Aufmerksamkeit erlangt. Dies liegt an ihrer potenziell höheren Energiedichte und ihrem reichlichen Vorkommen in der Erdkruste. Die Kommerzialisierung dieser Technologie wird jedoch durch den Mangel an geeigneten Kathodenmaterialien behindert. Um dieses Problem zu lösen, haben Wissenschaftler ungeordnete Steinsalzoxide für wiederaufladbare Magnesiumbatterien entwickelt, die wir in diesem Beitrag näher betrachten werden.
Forscher der Tohoku-Universität in Japan haben ein neuartiges Kathodenmaterial für RMBs entwickelt . Sie nutzten eine verbesserte Steinsalzstruktur, die ein effizientes Laden und Entladen auch bei niedrigen Temperaturen ermöglicht.
Ihre Studie zeigt eine deutliche Verbesserung des Verständnisses der Magnesiumbewegung in einer Steinsalzstruktur. Dies ist ein wichtiger Fortschritt, da die hohe Dichte der Atome in dieser Struktur die Migration von Magnesium erschwert. Betrachten wir nun die folgenden Kernpunkte der Forscher:
„Magnesiumbatterien mit dem neu entwickelten Kathodenmaterial sind prädestiniert, eine zentrale Rolle in verschiedenen Anwendungen zu spielen, darunter Netzspeicher, Elektrofahrzeuge und tragbare elektronische Geräte, und so zum globalen Wandel hin zu erneuerbaren Energien und einer Reduzierung des CO2-Fußabdrucks beizutragen“, erklärte Tomoya Kawaguchi , der Hauptautor dieser Studie.
Dies ist das erste Mal, dass Steinsalzoxid als Kathodenmaterial für RMBs eingesetzt wird. Diese Neuentwicklung behebt zudem eine wesentliche Einschränkung von RMBs: die eingeschränkte Mobilität von Magnesium in festen Materialien. Bisher waren sehr hohe Temperaturen erforderlich, um die Mobilität von Magnesium in herkömmlichen Kathodenmaterialien wie solchen mit Spinellstruktur zu verbessern.
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Highlights
- Die Forscher erstellt eine strategische Mischung aus 7 verschiedenen metallischen Elementen (Mg0.35Li0.3Cr0.1Mn0.05Fe0.05Zn0.05Mo0.1O).
- Sie schufen eine Kristallstruktur mit vielen stabilen Zwischenräumen, in die Magnesium leicht ein- und austreten kann.
- Sie fanden heraus, dass durch die Entnahme von Lithiumkationen während der ersten Ladung zahlreiche Kationenleerstellen in der Steinsalzstruktur entstehen. Dies erleichtert die Bewegung des Magnesiums in nachfolgenden Zyklen.
- Das von den Forschern der Tohoku-Universität entwickelte Material ist funktioniert auch bei 90° C einwandfrei. Es weist deutlich auf die Möglichkeit hin, es bei vergleichsweise niedrigeren Temperaturen einzusetzen.
- Forscher entdeckten die Die reversible Kapazität des neuen Materials beträgt etwa 90 mA h g-1.
- Darüber hinaus funktionierte es gut bei 10.4 mA g-1 Material mit 2.0 V gegen Mg2+/Mg bei 90 °Celsius.
- Die Spinelloxid-Kathoden haben eine Betriebstemperatur von 150 °C. Diese Temperatur ist also vergleichsweise deutlich niedriger.
Letztendlich ist dieser Durchbruch bei ungeordneten Steinsalzoxiden für wiederaufladbare Magnesiumbatterien ein sehr wichtiger Schritt für die Entwicklung effizienterer und umweltfreundlicherer Energiespeicherlösungen.
Quelle: Nutzung ungeordneter Steinsalzoxide als Kathoden für RMBs
