Uusi magnesiumseosrakenne kiinteän olomuodon akuille

Litiumioniakut hallitsevat tällä hetkellä akkuteollisuutta, mutta vaihtoehtoja, jotka voisivat tarjota parempaa turvallisuutta, alhaisempia kustannuksia ja suurempaa energiatiheyttä, tutkitaan aktiivisesti.

Kiinteän olomuodon magnesiumakkuja on pitkään pidetty lupaavana seuraavan sukupolven energiateknologiana. Niiden epävakaus on kuitenkin edelleen merkittävä este niiden kehitykselle.

Haasteiden ratkaisemiseksi Tohokun yliopiston tutkimusryhmä on kehittänyt uuden tavan parantaa kiintoaineisia magnesiumakkuja.

"Pitkään aikaa rajapintareaktioita pidettiin vältettävinä", sanoi Hao Li, Tohokun yliopiston edistyneen materiaalitutkimuksen laitoksen (WPI-AIMR) arvostettu professori. "Mutta tuloksemme osoittavat, että kun näitä reaktioita ohjataan huolellisesti sen sijaan, että niitä tukahdutettaisiin, ne voivat auttaa kiinteän olomuodon magnesiumakkuja toimimaan paljon tehokkaammin."

Tutkijat kehittivät uuden strategian magnesiumseosanodeille, joka tasapainottaa näitä rajapintareaktioita. Suunnittelemalla anodin pintaa ja sisärakennetta he mahdollistivat magnesiumionien tehokkaamman liikkumisen akun läpi samalla parantaen yleistä vakautta ja luoden tasaisemman magnesiumkerrostuman.

Tutkijat keskittyivät tinan (Sn) lisäämiseen magnesiumiin (Mg), koska yhdessä ne muodostavat stabiilin materiaalin nimeltä Mg2Sn – faasin, joka auttaa säätelemään akun sisäisiä reaktioita.

Tehokkaimman koostumuksen tunnistamiseksi tiimi testasi useita magnesiumpohjaisia seoksia, jotka sisälsivät erilaisia sekundäärisiä faaseja, ja arvioi niiden sähkökemiallista suorituskykyä akun käyttöolosuhteissa. Testatuista materiaaleista optimoitu magnesium-tinaseos osoitti parhaan tasapainon rajapinnan stabiilisuuden, magnesiumionien kuljetuksen ja pitkäaikaisen syklisen suorituskyvyn välillä.

Optimoitu magnesium-tinaseos osoitti merkittävästi parantunutta sähkökemiallista suorituskykyä, mukaan lukien vakaampaa syklien käyttäytymistä ja parannettua magnesiumionien kuljetusta elektrodin ja elektrolyytin rajapinnassa. Kiinteän olomuodon akkutesteissä Mg-Sn-seos pysyi vakaana yli 1300 tuntia ja saavutti yli 400 kertaa pidemmän syklien keston kuin puhdas magnesium.

Vuosien ajan magnesiumakkujen sisäisiä rajapintareaktioita pidettiin merkittävänä haasteena, joka rajoittaa niiden suorituskykyä. Tutkijoiden havainnot kuitenkin viittaavat siihen, että huolellisesti kontrolloituina näistä samoista reaktioista voisi tulla osa ratkaisua.

Tutkimus korostaa kemiallisten reaktioiden ja ionien kuljetuksen tasapainottamisen tärkeyttä akkujen rajapintoja suunniteltaessa. Muuttamalla yhden alan suurimmista haasteista toiminnalliseksi eduksi tutkimus avaa uuden suunnan pitkäkestoisempien energian varastointijärjestelmien suunnittelulle.

Aiheesta aiemmin:

Magnesium akkuproto saavuttaa vakaan toiminnan huoneenlämmössä

Harppaus eteenpäin vesipitoisessa Mg-Ioni-akkuteknologiassa

Uusi mahdollisuus magnesiumakuille