Magnesium svavel batteri
Ett magnesiumsvavelbatteri är ett uppladdningsbart batteri som använder magnesiumjon som laddningsbärare, magnesiummetall som anod och svavel som katod. För att öka katodens elektroniska ledningsförmåga blandas svavel vanligtvis med kol för att bilda en katodkomposit. Magnesiumsvavelbatteri är en framväxande energilagringsteknik och är nu fortfarande i forskningsstadiet. Det är av stort intresse eftersom Mg/S-kemin i teorin kan ge 1722 Wh/kg energitäthet med en spänning på ~1,7 V.
Magnesium är rikligt, giftfritt och bryts inte ned i luften. Viktigast av allt är att magnesium inte bildar dendriter under avsättnings-/strippningsprocessen, vilket tillskrivs vara huvudorsaken till säkerhetsproblemet i litiumjonbatterier och uppladdningsbara litiumbatterier. En första recension om Mg-S-batterier har publicerats i MRS Communications
Forskning
Toyota
2011 tillkännagav Toyota Motor ett forskningsprojekt inom detta område, och samma år rapporterade de om en ny elektrolyt som är kemiskt kompatibel med svavel. Elektrolyten framställdes som ett Lewis-syra-baskomplex från Hauser-basen (HMDS)MgCl, där HMDS = hexametyldisilazid, introducerad av C. Liebenow et al. år 2000 och AlCl 3 , begreppsmässigt likt Aurbachs binukleära elektrolytkomplex från 2001. Även om komplexet var tvungen att förädlas genom omkristallisation och endast THF kunde användas som lösningsmedel, erhölls en urladdningsspänning på 1 V under två cykler, vilket visar principiell genomförbarhet.
För närvarande är det känt att forskning om laddningsbara magnesiumbatterier pågår hos Apple, Toyota och Pellion Technologies, såväl som vid flera universitet.
Helmholtz-Institutet Ulm och KIT
2013 tillkännagav forskare en ny elektrolyt och tillhörande magnesiumbaserade batterier. Elektrolyten är mer stabil och fungerar bra med olika lösningsmedel och i höga koncentrationer. Den stöder svavelkatoder. Två kommersiella kemikalier, en magnesiumamid och aluminiumklorid blandades i ett lösningsmedel, produkten kan sedan användas direkt som en elektrolyt.
2015 presenterades ett uppladdningsbart Mg-batteri byggt med en grafen -svavel- nanokompositkatod , en Mg-kolkompositanod och ett icke- nukleofilt Mg-baserat komplex i tetraglymlösningsmedel som elektrolyt . Grafen-svavel nanokompositerna framställdes med en kombination av termisk och kemisk utfällning. Mg/S-cellen levererar 448 mA hg−1 och 236 mA hg−1 efter 50 cykler. Grafen-svavelkompositkatoden, med en hög ytarea, porös morfologi och syrefunktionella grupper, tillsammans med en icke-nukleofil Mg-elektrolyt, ger förbättrad prestanda.
Nyligen introducerades en ny klass av svavelkompatibla och Cl-fria elektrolyter. Det är baserat på ett svagt koordinerat Mg-salt med stora anjoner (fluorerat alkoxiborat) som kan framställas genom en enkel reaktion och användas in situ.
University of Maryland
2015 upptäckte ett team vid University of Maryland att Li-jontillsats kan förbättra reversibiliteten av den elektrokemiska reaktionen i ett Mg/S-batteri. Mg/S-cellen levererar ~1000 mAh/g kapacitet i 30 cykler med två urladdningsplatåer vid 1,75V och 1,0V. Cellens energitäthet på materialnivå är 874 Wh/kg, ungefär hälften av dess teoretiska värde.
Under 2017 ökade samma team framgångsrikt cykelstabiliteten för en Mg/S-cell till 110 cykler, genom att undertrycka upplösningen av polysulfid med en koncentrerad elektrolyt, en huvudorsak till förlusten av aktivt material och kapacitetsblekning i Mg/S-batterier. De visar också att MgTFSI2-MgCl2 - DME elektrolyten är kompatibel med svavelkatod. Till skillnad från de komplexa elektrolyterna som framställs genom Lewis syra-basreaktion eller elektrolyterna med Mg-salter med stora anjoner, kan denna elektrolyt enkelt tillverkas genom att blanda torkad MgTFSI2, MgCl2 med DME. Detta enkla syntesförfarande gör det möjligt för denna elektrolyt att vara en bekväm plattform för samhället att ytterligare studera Mg/S-kemin.