Livet idag är starkt beroende av el. Dock, den obevekliga efterfrågan på el kräver allt grönare och "bärbara" energikällor. Även om väderkvarnar och solpaneler är lovande alternativ, fluktuationen i utgångsnivåer beroende på yttre faktorer gör dem opålitliga. Således, ur resursfördelning och ekonomi, sekundära batterier med hög energitäthet är vägen framåt. Genom att syntetisera ett nytt material (en metallförening) för elektroder som underlättar reversering av jonernas kemi, en grupp forskare under ledning av professor Idemoto från Tokyo University of Science bekämpar de slösaktiga aspekterna av energikällor, genom att lägga en viktig grund för produktionen av nästa generations laddningsbara magnesiumbatterier. Forskarna är optimistiska om denna upptäckt och säger, "Vi syntetiserade en bergsaltstyp som har utmärkt potential att användas som det positiva elektrodmaterialet för nästa generations sekundära batterier."

Den mest populära källan till bärbar energi, ett batteri består av tre grundkomponenter - anoden, katoden, och elektrolyten. Dessa deltar i ett samspel mellan kemiska reaktioner där anoden producerar extra elektroner (oxidation) som absorberas av katoden (reduktion), vilket resulterar i en process som kallas redoxreaktion. Eftersom elektrolyten hämmar elektronflödet mellan anoden och katoden, elektronerna flyter företrädesvis genom en extern krets, på så sätt initierar ett flöde av ström eller "elektricitet". När materialet i katoden/anoden inte längre kan absorbera/kasta elektroner, batteriet anses vara dött.

Dock, vissa material gör att vi kan vända kemin, använder extern el som går i motsatt riktning, så att materialen kan återgå till sitt ursprungliga tillstånd. Sådana laddningsbara batterier liknar de som används i bärbara elektroniska enheter som mobiltelefoner eller surfplattor.

Prof. Idemoto och kollegor vid Tokyo University of Science syntetiserade koboltsubstituerat MgNiO ₂ , som visar lovande resultat som en ny katod. "Vi fokuserade på sekundära magnesiumbatterier som använder polyvalenta magnesiumjoner som rörliga joner, "konstaterar professor Idemoto samtidigt som han lyfter fram sin studie och dess lockande möjligheter" som förväntas ha hög energitäthet i nästa generations sekundära batterier. "Av sent, den låga toxiciteten hos magnesium och enkelheten att genomföra omvända reaktioner har skapat entusiasm för att använda det som anodmaterial i hög energitäthet, uppladdningsbara batterier. Dock, insikten om detta är fortfarande svårt på grund av bristen på en lämplig komplementär katod och elektrolyt. Det är precis vad dessa forskare siktar på att förändra med sin forskning som publiceras i tidskriften Oorganisk kemi .

Bygga på standard laboratorietekniker, forskarna syntetiserade det nya saltet med hjälp av metoden "omvänd samfällning". Från den vattenhaltiga lösningen, de kunde utvinna det nya stensaltet. För att undersöka strukturen såväl som för gitterbildning av det extraherade saltet, de använde neutron- och synkrotronröntgenspektroskopi komplementärt. Med andra ord, de studerade diffraktionsmönstren som skapades när pulverproverna bestrålades med neutroner eller röntgen, vilket resulterar i karakteristiska toppar i intensitet vid vissa positioner. Samtidigt, forskarna utförde teoretiska beräkningar och simuleringar för bergsalttyperna som visade ett eventuellt "laddningsurladdningsbeteende" som behövs för lämpliga katodmaterial. Detta gjorde det möjligt för dem att bestämma arrangemanget av Mg, Ni, och koationer i bergsaltstrukturen baserad på den mest energiskt stabila strukturen bland de 100 genererade symmetriskt distinkta kandidaterna.

Förutom strukturanalysen, forskarna utförde också laddningsurladdningstester med en tripolär cell och kända referenselektroder, under flera förhållanden, att förstå bergsaltets elektrokemiska egenskaper som ett katodmaterial för de uppladdningsbara magnesiumbatterierna. De fann att de kunde manipulera batteriets egenskaper baserat på Mg -sammansättningen och Ni/Co -förhållandet. These structural and electrochemical analyses allowed them to demonstrate the optimal composition for the rock salt as a cathode material, along with its reliability under different ambient conditions. Prof. Idemoto and the team are optimistic about the features of the synthesized rock salt, as they emphasize, "it has an excellent potential for use as the positive electrode material."

För närvarande, the secondary battery industry is dominated mainly by lithium ion batteries used for electricity storage, in vehicles and portable devices. There is, dock, a cap on the energy density and storage of these batteries. But for Prof. Idemoto, limitations are merely opportunities, as he maintains, "Novel magnesium secondary batteries have the potential to surpass and replace lithium ion batteries as high-energy density secondary batteries through future research and development."

With such optimism surrounding the research, one can surely conclude that humans are charging into a tomorrow that is lit up by the science of today.