Oplaadbare magnesiumbatterijen (RMB's) hebben veel aandacht gekregen als energieopslagoplossingen die lithium-ionbatterijen overtreffen. Dit komt omdat ze hebben potentieel een hogere energiedichtheid en hun overvloedige aanwezigheid in onze aardkorst. De commercialisering van deze technologie wordt echter belemmerd omdat we niet over geschikte kathodematerialen beschikken. Om dit probleem aan te pakken, hebben wetenschappers wanordelijke steenzoutoxiden ontworpen voor oplaadbare magnesiumbatterijen, die we in dit bericht zullen bespreken.
Momenteel zijn de onderzoekers van Tohoku University in Japan hebben aangemaakt een nieuw kathodemateriaal voor RMB's. De onderzoekers hebben gebruikgemaakt van een verbeterde steenzoutstructuur, die efficiënt opladen en ontladen mogelijk maakt, zelfs bij lage temperaturen.
Hun studie toont een grote verbetering in hoe magnesium beweegt binnen een steen-zoutstructuur. Dit is een belangrijke vooruitgang, aangezien de nabijheid van atomen in deze opstelling het voor magnesium moeilijk maakt om te migreren. Laten we eens kijken naar de volgende belangrijke punten die door de onderzoekers zijn ontdekt:
“Magnesiumbatterijen, met het nieuw ontwikkelde kathodemateriaal, zijn klaar om een cruciale rol te spelen in verschillende toepassingen, waaronder netopslag, elektrische voertuigen en draagbare elektronische apparaten, en dragen bij aan de wereldwijde verschuiving naar hernieuwbare energie en een kleinere CO2-voetafdruk,” Tomiya Kawaguchi, de hoofdauteur van dit onderzoek, overgebracht.
Dit is de eerste keer dat steenzoutoxide als kathodemateriaal wordt gebruikt voor RMB's. Deze nieuwe ontwikkeling pakt ook een belangrijke beperking van RMB's aan: het is moeilijk voor magnesium om zich te verplaatsen in vaste materialen. Voorheen was een heel hoge temperatuur vereist om de mobiliteit van magnesium te verbeteren in conventionele kathodematerialen zoals die met een spinelstructuur.
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 vrijgeven van ongeordende steenzoutoxiden als kathodes voor RMB's
