Forskare vid Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) har kommit ett steg närmare att göra en livskraftig, högeffektsbatteri baserat på magnesium (Mg), ett element som United States Geological Survey rapporterar är mycket rikligare än litium.

Forskarna publicerade sina resultat i Angewandte Chemie , en referentgranskad tidskrift från German Chemical Society den 11 april, 2020.

De senaste försöken att utveckla ett livskraftigt Mg-batteri har snubblat eftersom urladdningsprodukterna är isolatorer, hämmar produktionen och saktar ner laddningscykeln.

QIBEBT-forskarna fann att man använder en kopparjon ("Cu ⁺ ") ursprung från katoden i batteriet tar upp frågan om urladdningsproduktuppbyggnad. När deras Mg-batteri laddas ur, Cu ⁺ löses upp i elektrolyt, utbyte med Mg ₂ ⁺ kemiskt, och blir metallisk koppar när den tar emot elektroner och bildar en beläggning på elektroden. Eftersom koppar är mycket ledande, elektriciteten flödar fritt, möjliggör hög energiproduktion.

Teamets resultat visade utmärkta prestanda i den nyutvecklade Mg/Cu ⁺ batteri. Efter den första konditioneringen, deras experimentbatteri behöll 80 procent av sin ursprungliga kapacitet efter 200 laddnings-/urladdningscykler. Ett typiskt kommersiellt litiumjonbatteri håller minst 80 procent av sin ursprungliga kapacitet efter 1000 cykler.

Prof. Cui Guanglei sa att hans teams Mg-batteri ännu inte är kommersiellt gångbart, men det är på väg att konkurrera med litiumbatteri. "Vi förväntar oss att uppnå 1, 000-cyklers milstolpe under de kommande två åren, " han sa.

Dag-till-dag-priset på magnesium är i genomsnitt cirka 5 USD, 000 USD per ton – ungefär hälften av kostnaden för litium. Förutom att vara billigare, magnesiumbaserade batterier skulle också vara säkrare. Dåligt tillverkade litiumbatterier kan överhettas och explodera, skapa ett ansvar för industrier som sträcker sig från telekom till flyg. "Jag har fullt förtroende att säga att anställningen Cu ⁺ /Mg kan leda till säkrare batteriprodukter, " sa Prof. Cui.

Prof. Cui sade nästa steg mot att göra Cu ⁺ /Mg-batterier en kommersiell verklighet kommer att vara att designa den som en flexibel påse. Att göra så, de måste skapa en gelform av deras Cu ⁺ elektrolytlösning.

"Som vi kan se, en gelelektrolyt skulle vara lämplig för Cu ⁺ driven katodkemi, " sa Prof. Cui. När batteriet kan fungera i en gelpåseform, det kommer att bli lättare att konstruera den till de udda och ofta mycket tunna former som efterfrågas av dagens konsumentenheter.

"Det slutliga målet med denna studie är att kommersialisera Mg-metallbatteriet som nästa generations energilagringsenheter bortom litiumjonteknologi." Prof. Cui sa.