Tegenwoordig is er maar één ding dat veel mensen bedreigt met de Li-ion-batterijen, namelijk dat ze in een verscheidenheid aan elektronische apparaten worden gebruikt en kunnen exploderen omdat ze vloeibaar elektrolyt bevatten. Nu heeft een groep wetenschappers echter een manier ontdekt om Magnesium-Ion-batterijen te ontwikkelen die niet ontploffen.
laten zien
Onderzoekers maken magnesium-ionbatterijen die niet ontploffen
Technologie evolueert in een verbazingwekkend tempo, maar in de kern is het een essentieel element: energie. Energiewinning is niet het enige dat nodig is, maar ook in de moderne wereld is het cruciaal om te ontwikkelen waar energie wordt opgeslagen. Batterijen worden op deze manier belangrijker en relevanter dan ooit tevoren.
De toekomst gaat misschien niet door de lithium-ionen en misschien ook niet door de natriumionen. Volgens deskundigen zijn de magnesiumionen de heilige graal van batterijen. En het lijkt erop dat het een stap dichter bij echt is.
Solid state magnesium-ion batterij = prestatie en veiligheid
Een team van wetenschappers van het Department of Energy (DOE) van het Joint Center for Energy Storage Research (JCESR) ontdekte de snelste vastestofgeleider van magnesiumionen, een belangrijke stap in de productie van solid-state magnesiumionbatterijen, die het mogelijk maakt om produceren zowel high-density als high-security batterijen.
De elektrolyt, die de lading heen en weer vervoert tussen de kathode en de anode van de batterij, is een vloeistof in alle commerciële batterijen, waardoor ze potentieel ontvlambaar zijn, vooral in lithium-ionbatterijen. Een solid-state geleider, die het potentieel heeft om een elektrolyt te worden, zou veel beter bestand zijn tegen vuur.
DOE-onderzoekers van het Joint Center for Energy Storage Research werkten in samenwerking met het Argonne National Laboratory in de Verenigde Staten aan een magnesiumbatterij, die een hogere energiedichtheid biedt dan lithium, maar werd geblokkeerd door de schaarste aan goede opties voor een vloeibare elektrolyt , waarvan de meeste de neiging hebben om corrosief te zijn tegen andere delen van de batterij.
“Magnesium is zo’n nieuwe technologie dat het geen goede vloeibare elektrolyten heeft. Dus we dachten, waarom niet springen en een elektrolyt in vaste toestand maken?” Zei Gerbrand Ceder, senior wetenschapper bij Berkeley Lab.
Het materiaal dat is gepresenteerd, magnesium scandium selenide spinel, heeft een magnesiummobiliteit die vergelijkbaar is met bestaande vastestofelektrolyten voor lithiumbatterijen. De resultaten werden gerapporteerd in Nature Communications, in een artikel getiteld “Mobility high magnesium content chalcogenides of spinel ternary”.
Het DOE Innovation Center sponsorde de studie en de hoofdauteurs zijn Pieremanue Canepa en Shou-Hang Bo, onderzoekers van het Berkeley Lab.
“Met de hulp van een gezamenlijke inspanning die computationele methodologieën van materiaalwetenschap, synthese en een verscheidenheid aan karakteriseringstechnieken samenbrengt, hebben we een nieuwe klasse vaste geleiders geïdentificeerd die magnesiumionen met een ongekende snelheid kunnen vervoeren”, zei een van de toonaangevende onderzoekers van deze technologie, Pieremanuele Canepa.
Samenwerking tussen MIT en Argonne
Het onderzoeksteam omvatte ook MIT-wetenschappers die computationele middelen binnenbrachten. Het Argonne National Laboratory leverde de belangrijkste (experimentele) bevestiging van het magnesium scandium selenide spinel materiaal om de structuur en functie ervan te documenteren.
Co-auteur Baris Key, een onderzoekschemicus in Argonne, voerde nucleaire magnetische resonantie (NMR) spectroscopie uit. Deze tests waren de eerste stappen om experimenteel te bewijzen dat magnesiumionen zo snel door het materiaal konden bewegen als theoretische studies hadden voorspeld.
Nucleaire magnetische resonantie beeldvorming is vergelijkbaar met magnetische resonantie beeldvorming (MRI), die vaak wordt gebruikt in medische omgevingen, waar het waterstofatomen van water in menselijke spieren, zenuwen, vetweefsel en andere biologische stoffen laat zien. Onderzoekers kunnen ook de NMR-frequentie aanpassen om andere elementen te detecteren, waaronder de lithium- of magnesiumionen die in batterijmaterialen worden aangetroffen.
De NMR-gegevens van het magnesiumscandiumselenidemateriaal hadden echter betrekking op materiaal met een onbekende structuur met complexe eigenschappen, waardoor ze moeilijk te interpreteren zijn.
De onderzoekers hebben veel moeilijkheden ondervonden bij het onderzoek omdat de materialen zo nieuw zijn dat de protocollen in principe niet bestaan. Ze merkten ook op dat deze bevindingen alleen mogelijk waren door een multi-technische benadering te combineren bij het gebruik van dergelijke magnetische resonantiemetingen in vaste toestand en synchrotron, evenals conventionele elektrochemische karakterisering.
De synchrotron is een cyclische deeltjesversneller, waarbij een elektrisch veld verantwoordelijk is voor de versnelling van de deeltjes en een magnetisch veld verantwoordelijk is voor de richtingsverandering van de deeltjes.
Het team is van plan om meer werk te ontwikkelen om de bestuurder op een batterij te gebruiken. “Er is waarschijnlijk nog een lange weg te gaan voordat we een batterij kunnen maken, maar het is de eerste demonstratie dat we via dat pad solide materialen kunnen maken met een goede magnesiummobiliteit. Van magnesium wordt gedacht dat het langzaam beweegt in de meeste vaste stoffen, dus niemand dacht dat dat mogelijk zou zijn “, verklaarde onderzoeker Ceder.
Shou-Hang Bo, nu adjunct-professor aan de Jiao Tong University in Shanghai, zei dat de ontdekking een dramatisch effect zou kunnen hebben op het energetische landschap. “Dit werk bracht een fijn team van wetenschappers uit verschillende wetenschappelijke disciplines samen en nam de eerste stap in de enorme uitdaging om een solid-state magnesiumbatterij te bouwen,” zei hij. “Hoewel deze nog in de kinderschoenen staat, kan deze opkomende technologie in de nabije toekomst een transformerende impact hebben op energieopslag.”
Er zijn echter nog enorme industriële inspanningen nodig om van dit onderzoek een solid state batterij te maken. Natuurlijk wordt dit ontwikkelingsniveau gezien als de heilige graal van batterijen, omdat het prestaties en veiligheid brengt, alles wat wordt gezocht in een moderne batterij.
Dus, wat vind je hiervan? Deel eenvoudig uw mening en gedachten in het commentaargedeelte hieronder.