Las partículas diminutas y desordenadas de óxido de magnesio y cromo pueden ser la clave de la nueva tecnología de almacenamiento de energía de las baterías de magnesio, que podrían poseer una mayor capacidad en comparación con las baterías de iones de litio convencionales, según investigadores de UCL y la Universidad de Illinois en Chicago.
El estudio, publicado hoy en nanoescala , informa un método nuevo y escalable para fabricar un material que puede almacenar de manera reversible iones de magnesio a alto voltaje, la característica definitoria de un cátodo.
Si bien se encuentra en una etapa temprana, los investigadores dicen que es un avance significativo en el avance hacia las baterías a base de magnesio. Hasta la fecha, muy pocos materiales inorgánicos han mostrado una eliminación e inserción reversible de magnesio, que es clave para que la batería de magnesio funcione..
"La tecnología de iones de litio está llegando al límite de su capacidad, por lo que es importante buscar otras químicas que nos permitan construir baterías con una mayor capacidad de almacenamiento y un diseño más delgado", dijo el coautor principal, el Dr. Ian JohnsonQuímica UCL.
"La tecnología de baterías de magnesio ha sido promovida como una posible solución para proporcionar baterías de teléfonos y automóviles eléctricos de mayor duración, pero obtener un material práctico para usar como cátodo ha sido un desafío".
Un factor que limita las baterías de iones de litio es el ánodo. Los ánodos de carbono de baja capacidad deben usarse en las baterías de iones de litio por razones de seguridad, ya que el uso de ánodos de metal de litio puro puede causar peligrosos cortocircuitos e incendios.
En contraste, los ánodos de metal de magnesio son mucho más seguros, por lo que asociar el metal de magnesio con un material de cátodo funcional haría que la batería fuera más pequeña y almacenaría más energía.
Investigaciones anteriores que utilizaron modelos computacionales predijeron que el óxido de magnesio y cromo MgCr2O4 podría ser un candidato prometedor para los cátodos de baterías de Mg.
Inspirándose en este trabajo, los investigadores de UCL produjeron un material de óxido de cromo y magnesio desordenado de ~ 5 nm en una reacción muy rápida y a temperatura relativamente baja.
Los colaboradores de la Universidad de Illinois en Chicago luego compararon su actividad de magnesio con un material de óxido de cromo magnesio ordenado convencional de ~ 7 nm de ancho.
Utilizaron una variedad de técnicas diferentes, incluida la difracción de rayos X, la espectroscopia de absorción de rayos X y métodos electroquímicos de vanguardia para ver los cambios estructurales y químicos cuando los dos materiales se probaron para determinar la actividad de magnesio en una celda.
Los dos tipos de cristales se comportaron de manera muy diferente, con las partículas desordenadas mostrando extracción e inserción de magnesio reversibles, en comparación con la ausencia de dicha actividad en cristales ordenados más grandes.
"Esto sugiere que el futuro de las baterías podría estar en estructuras desordenadas y poco convencionales, lo cual es una perspectiva emocionante y una que no hemos explorado antes, ya que generalmente el desorden da lugar a problemas en los materiales de las baterías. Destaca la importancia de ver si existen otras estructuraslos materiales defectuosos podrían brindar más oportunidades para la química de las baterías reversibles ", explicó el profesor Jawwad Darr UCL Chemistry.
"Vemos que el aumento del área de superficie y la inclusión del desorden en la estructura cristalina ofrecen nuevas vías para que se produzca una química importante en comparación con los cristales ordenados.
Convencionalmente, se desea un orden para proporcionar vías de difusión claras, lo que permite que las células se carguen y descarguen fácilmente, pero lo que hemos visto sugiere que una estructura desordenada introduce vías de difusión nuevas y accesibles que deben investigarse más a fondo ", dijo el profesorJordi Cabana Universidad de Illinois en Chicago.
Estos resultados son el producto de una nueva y emocionante colaboración entre investigadores del Reino Unido y los EE. UU. La UCL y la Universidad de Illinois en Chicago tienen la intención de expandir sus estudios a otros materiales desordenados de gran superficie, para permitir mayores ganancias en la capacidad de almacenamiento de magnesio y desarrollaruna práctica batería de magnesio.
El financiamiento para el proyecto fue proporcionado por el Centro Conjunto para la Investigación del Almacenamiento de Energía, un Centro de Innovación del Departamento de Energía de EE. UU. Y el Centro de Energía JUICED por el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por University College London . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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