Batterielektrolyter som använder aminbaserade kelatmedel som löser tvåvärda katjoner visade stabil och mycket reversibel plätering/stripping av Mg-metall, vilket illustreras av svepelektronmikroskopi (SEM) bilden av den cyklade Mg-anoden som visas till vänster tillsammans med ett representativt solvatiseringsskal av Mg2+ katjon. Samma elektrolyt visade reversibel interkalering/deinterkalering till högspänningsmetalloxidkatoder såsom Mg0.15MnO2 (visas till höger). Batterier bestående av magnesiummetall kopplade med Mg0,15MnO2 katod nådde en energitäthet på 420 Wh kg-1 vid elektrodnivå. Kredit:Nina Borodin, Singyuk Hou, Xiao Ji
Ett team av forskare som arbetar vid University of Maryland har utvecklat en elektrolytdesignstrategi för att tillverka tvåvärda metallbatterier. I deras papper publicerad i tidskriften Vetenskap , gruppen beskriver hur man löser problem i samband med tvåvärda uppladdningsbara metallbatterier och strategin de utvecklat för att övervinna dem. Pengjian Zuo och Geping Yin med Harbin Institute of Technology skisserar problem med utvecklingen av tvåvärda metallbatterier och beskriver det arbete som gjorts av Maryland-teamet i en artikel publicerad i samma tidskriftsnummer.
Atomerna av tvåvärda metaller kan kombineras med dubbla väteatomer. Några av de mest kända är kalcium och magnesium - två metaller som är mycket rikligare och lättillgängligare än litium, som vanligtvis används i batterier. Så forskare har letat efter ett sätt att använda dem i uppladdningsbara batterier. Låga arbetsspänningar och mindre än önskad cykelprestanda är hinder på grund av bristen på en elektrolyt som inte bildar lager på anoden. Det har också förekommit problem med metallmigrering in i katoden. I denna nya ansträngning, forskarna har utvecklat en designstrategi som övervinner dessa problem för magnesium.
Strategin involverade användningen av en mångsidig elektrolytdesign där kelatbildande medel interagerar med katjoner, vilket förbättrade batteriets reversibilitet och dess laddningsöverföringskinetik. Forskarna noterade att magnesiums lösningsmedelsgränssnitt är generellt stabilt jämfört med litium. Det fick dem att leta efter och hitta en grupp metoxietylamin-kelanter som tenderar att främja laddningsöverföring utan sidoreaktioner, eftersom liganderna fäster vid atomerna i metallen på flera ställen. Vid testning, batterierna som använder chelanter, kunde stabila, reversibel cykling av både RCB- och RMB-celler, och de hade både hög densitet och hög effektivitet också. Forskarna föreslår att deras arbete ger en designstrategi för att använda tvåvärda metaller för att göra funktionsdugliga, uppladdningsbara batterier.
© 2021 Science X Network
