Forskare från University of Houston och Toyota Research Institute of America har upptäckt en lovande ny version av högenergiska magnesiumbatterier, med potentiella tillämpningar som sträcker sig från elfordon till batterilagring för förnybara energisystem.

Batteriet, rapporterade 21 december in Joule , är den första som rapporteras arbeta med begränsade elektrolyter när man använder en organisk elektrod, en förändring som forskarna sa gör att den kan lagra och ladda ur mycket mer energi än tidigare magnesiumbatterier. De använde en kloridfri elektrolyt, en annan förändring från den traditionella elektrolyten som används av magnesiumbatterier, som möjliggjorde upptäckten.

Yan Yao, docent i el- och datateknik vid UH, sa forskarna kunde bekräfta att klorid i den vanliga elektrolyten bidrar till trög prestanda. "Problemet vi försökte ta itu med är effekten av klorid, " sa han. "Det används allmänt."

Yao, som också är huvudutredare vid Texas Center for Superconductivity vid UH, och hans team använde den kloridfria elektrolyten för att testa organiska kinonpolymerkatoder med en magnesiummetallanod, rapporterade att de levererade upp till 243 wattimmar per kilogram, med effekt uppmätt till 3,4 kilowatt per kilogram. Batteriet förblev stabilt genom 2, 500 cykler.

Forskare har ägnat decennier åt att leta efter ett högenergiskt magnesiumbatteri, hoppas kunna dra fördel av de naturliga fördelarna som magnesium har jämfört med litium, elementet som används i standard litiumjonbatterier. Magnesium är mycket vanligare och därför billigare, och det är inte benäget att gå sönder i dess inre struktur - känd som dendriter - som kan få litiumbatterier att explodera och fatta eld.

Men magnesiumbatterier kommer inte att vara kommersiellt konkurrenskraftiga förrän de kan lagra och släppa ut stora mängder energi. Yao sa att tidigare katod- och elektrolytmaterial har varit en stötesten.

Katoden är elektroden från vilken strömmen flyter i ett batteri, medan elektrolyterna är det medium genom vilket jonladdningen strömmar mellan katod och anod.

Andra forskare i projektet inkluderar förstaförfattarna Hui Dong, en doktorand vid UH, och Yanliang Leonard Liang, forskarassistent vid UH; Oscar Tutusaus och Rana Mohtadi, båda med Toyota Research Institute of North America; och UH doktorander Ye Zhang och Fang Hao.

"Genom (den) optimala kombinationen av organiska karbonylpolymerkatoder och Mg-lagringsmöjliggör elektrolyter, vi kan visa hög specifik energi, kraft, och cykelstabilitet som sällan ses i Mg-batterier, " de skrev.

Liang noterade att fram till nu, den bästa katoden för magnesiumbatterier har varit en Chevrel-fas molybdensulfid, utvecklades för nästan 20 år sedan. Den har varken kraft eller energilagringskapacitet för att konkurrera med litiumbatterier, han sa.

Men färska rapporter tyder på att organiska katodmaterial kan ge hög lagringskapacitet vid rumstemperatur. "Vi var nyfikna på varför, " sa Liang.

Dong sa att båda de testade organiska polymerkatoderna gav högre spänning än Chevrel-faskatoden.

Yao sa att framtida forskning kommer att fokusera på att ytterligare förbättra den specifika kapaciteten och spänningen för batterierna för att kunna konkurrera med litiumbatterier.

"Magnesium är mycket rikligare, och det är säkrare, ", sa han. "Folk hoppas att ett magnesiumbatteri kan lösa riskerna med litiumbatterier."