Oplaadbare magnesiumbatterijen (RMB's) hebben veel aandacht gekregen als energieopslagoplossingen die lithium-ionbatterijen overtreffen. Dit komt doordat ze een potentieel hogere energiedichtheid hebben en in overvloed in de aardkorst voorkomen. De commercialisering van deze technologie wordt echter belemmerd door een gebrek aan geschikte kathodematerialen. Om dit probleem aan te pakken, hebben wetenschappers ongeordende steenzoutoxiden ontworpen voor oplaadbare magnesiumbatterijen, waarover we in dit artikel meer zullen vertellen.
Onderzoekers van de Tohoku Universiteit in Japan hebben onlangs een nieuw kathodemateriaal voor oplaadbare lithium-ionbatterijen ontwikkeld . Ze hebben gebruikgemaakt van een verbeterde steenzoutstructuur, die efficiënt laden en ontladen mogelijk maakt, zelfs bij lage temperaturen.
Hun onderzoek toont een grote verbetering in de manier waarop magnesium zich binnen een steenzoutstructuur verplaatst. Dit is een belangrijke vooruitgang, aangezien de dichtheid van de atomen in deze structuur het voor magnesium moeilijk maakt om te migreren. Laten we eens kijken naar de volgende belangrijke bevindingen van de onderzoekers:
"Magnesiumbatterijen, met het nieuw ontwikkelde kathodemateriaal, zullen naar verwachting een cruciale rol spelen in diverse toepassingen, waaronder energieopslag in het elektriciteitsnet, elektrische voertuigen en draagbare elektronische apparaten. Ze dragen bij aan de wereldwijde verschuiving naar hernieuwbare energie en een kleinere CO2-uitstoot," aldus Tomoya Kawaguchi , hoofdauteur van dit onderzoek.
Dit is de eerste keer dat steenzoutoxide wordt gebruikt als kathodemateriaal voor magnesiumbatterijen. Deze nieuwe ontwikkeling pakt ook een belangrijke beperking van magnesiumbatterijen aan: magnesium is moeilijk te verplaatsen in vaste materialen. Voorheen was een zeer hoge temperatuur nodig om de mobiliteit van magnesium in conventionele kathodematerialen, zoals die met een spinelstructuur, te verbeteren.
Bekijk ook dit onderzoek van de Tohoku Universiteit: Mechanisch duurzaam nanocellulair grafeen kan natriumionbatterijen verbeteren.
Hoogtepunten
- De onderzoekers een strategische mix van 7 verschillende metaalelementen (Mg0.35Li0.3Cr0.1Mn0.05Fe0.05Zn0.05Mo0.1O).
- Ze maakten een kristalstructuur met veel stabiele ruimtes waar magnesium gemakkelijk in en uit kon.
- Ze ontdekten dat wanneer ze lithiumkationen verwijderen tijdens de eerste lading, dit veel kationvacatures creëert in de rotszoutstructuur. Dit vergemakkelijkt de beweging van magnesium in volgende cycli.
- Het materiaal dat is ontwikkeld door de onderzoekers van de Tohoku Universiteit is werkt zelfs goed bij 90° C. Er wordt duidelijk aangegeven dat het mogelijk is om het bij relatief lagere temperaturen te gebruiken.
- Onderzoekers ontdekten de de omkeerbare capaciteit van nieuw materiaal bedraagt ongeveer 90 mAh g-1.
- Bovendien werkte het goed bij 10.4 mA g-1 materiaal met 2.0 V tegen Mg2+/Mg bij 90° Celsius.
- De spineloxide-kathodes hebben een bedrijfstemperatuur van 150 °C. Deze temperatuur is dus relatief gezien een stuk lager.
Uiteindelijk is deze doorbraak van ongeordende steenzoutoxiden voor oplaadbare magnesiumbatterijen een zeer belangrijke stap in de ontwikkeling van efficiëntere en milieuvriendelijkere oplossingen voor energieopslag.
Bron: Het benutten van ongeordende steenzoutoxiden als kathodes voor RMB's
