UCL和伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校的研究人員發(fā)現(xiàn)，微小的，無序的鎂鉻氧化物顆?？赡苁切骆V電池儲能技術(shù)的關(guān)鍵，與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，這種技術(shù)可以提高容量。

這項研究發(fā)表于今天的Nanoscale，報告了一種新的，可擴展的方法，用于制造能夠?qū)㈡V離子可逆地儲存在高壓中的材料，這是陰極的特征。

雖然它處于早期階段，但研究人員表示，這是向鎂基電池發(fā)展的一個重大進展。迄今為止，很少有無機材料顯示出可逆的鎂去除和插入，這是鎂電池發(fā)揮作用的關(guān)鍵。

“鋰離子技術(shù)正在達到其能力的范圍，因此尋找其他化學(xué)品非常重要，這將使我們能夠制造具有更大存儲容量和更纖薄設(shè)計的電池，”聯(lián)合主要作者，IanJohnson博士(UCL)說。化學(xué))。

“鎂電池技術(shù)一直被認為是提供更耐用的手機和電動汽車電池的可能解決方案，但獲得用作陰極的實用材料一直是一個挑戰(zhàn)。”

限制鋰離子電池的一個因素是陽極。出于安全原因，必須在鋰離子電池中使用低容量碳陽極，因為使用純鋰金屬陽極會導(dǎo)致危險的短路和火災(zāi)。

相比之下，鎂金屬陽極更加安全，因此配合功能正極材料的鎂金屬可以使電池更小并儲存更多能量。

以前使用計算模型的研究預(yù)測，鎂鉻氧化物(MgCr2O4)可能是鎂電池陰極的有希望的候選者。

受這項工作的啟發(fā)，倫敦大學(xué)學(xué)院的研究人員在非常快速和相對低溫的反應(yīng)中產(chǎn)生了約5納米的無序鎂鉻氧化物材料。

伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校的合作者將其鎂活性與傳統(tǒng)的有序鎂鉻氧化物材料(7納米寬)進行了比較。

他們使用了一系列不同的技術(shù)，包括X射線衍射，X射線吸收光譜和尖端電化學(xué)方法，以觀察兩種材料在細胞中測試鎂活性時的結(jié)構(gòu)和化學(xué)變化。

兩種類型的晶體表現(xiàn)非常不同，與較大的有序晶體中沒有這種活性相比，無序粒子顯示出可逆的鎂提取和插入。

“這表明電池的未來可能存在于無序和非常規(guī)結(jié)構(gòu)中，這是一個激動人心的前景，我們之前沒有探討過，因為通常情況會導(dǎo)致電池材料出現(xiàn)問題。它強調(diào)了查看其他結(jié)構(gòu)缺陷材料的重要性JawwadDarr教授(倫敦大學(xué)學(xué)院化學(xué)系)解釋說，可能為可逆電池化學(xué)提供更多機會。

“我們看到，與有序晶體相比，增加表面積并且包括晶體結(jié)構(gòu)的無序為重要的化學(xué)反應(yīng)提供了新的途徑。

傳統(tǒng)上，希望有序提供清晰的擴散途徑，使細胞容易充電和放電-但我們所看到的表明，無序結(jié)構(gòu)引入了新的，可進入的擴散途徑，需要進一步研究，“JordiCabana教授說。(伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校)。

這些結(jié)果是英國和美國研究人員之間激動人心的新合作的產(chǎn)物。倫敦大學(xué)學(xué)院和伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校計劃將研究擴展到其他無序，高表面積材料，以進一步提高鎂儲存能力，并開發(fā)出實用的鎂電池。

該項目的資金由能源儲存研究聯(lián)合中心，美國能源創(chuàng)新中心和工程與物理科學(xué)研究委員會的JUICED能源中心提供。