Los electrolitos de la batería que utilizan quelantes a base de amina que solvatan cationes divalentes demostraron un recubrimiento / desprendimiento de metal Mg estable y altamente reversible, como se ilustra en la imagen de microscopía electrónica de barrido (SEM) del ánodo de Mg ciclado que se muestra a la izquierda junto con una capa de solvatación representativa del Mg2 + catión. El mismo electrolito mostró intercalación / desintercalación reversible en cátodos de óxido metálico de alto voltaje como Mg0.15MnO2 (mostrado a la derecha). Las baterías compuestas por magnesio metálico acoplado con un cátodo de Mg0.15MnO2 alcanzaron una densidad de energía de 420 Wh kg-1 a nivel de electrodo. Crédito:Nina Borodin, Singyuk Hou, Xiao Ji
Un equipo de investigadores que trabaja en la Universidad de Maryland ha desarrollado una estrategia de diseño de electrolitos para fabricar baterías de metal divalente. En su artículo publicado en la revista Ciencias , el grupo describe la resolución de problemas asociados con las baterías de metal recargables divalentes y la estrategia que desarrollaron para superarlos. Pengjian Zuo y Geping Yin, del Instituto de Tecnología de Harbin, describen los problemas del desarrollo de baterías de metal divalente y describen el trabajo realizado por el equipo de Maryland en un artículo publicado en la misma edición de la revista.
Los átomos de metales divalentes pueden combinarse con átomos de hidrógeno duales. Algunos de los más conocidos son el calcio y el magnesio, dos metales que son mucho más abundantes y de fácil acceso que el litio. que se usa comúnmente en baterías. Entonces, los investigadores han estado buscando una forma de usarlos en baterías recargables. Los voltajes de trabajo bajos y el rendimiento cíclico inferior al deseado son obstáculos debido a la falta de un electrolito que no forma capas en el ánodo. También ha habido problemas con la migración de metales al cátodo. En este nuevo esfuerzo, los investigadores han desarrollado una estrategia de diseño que supera estos problemas para el magnesio.
La estrategia implicó el uso de un diseño de electrolitos versátil en el que los agentes quelantes interactúan con los cationes, que mejoró la reversibilidad de la batería y su cinética de transferencia de carga. Los investigadores notaron que la interfaz de solvente del magnesio es generalmente estable en comparación con el litio. Eso los llevó a buscar y encontrar un grupo de quelantes de metoxietil-amina que tienden a promover la transferencia de carga sin reacciones secundarias. ya que los ligandos se unen a los átomos del metal en múltiples ubicaciones. En las pruebas, las baterías usando los quelantes, eran capaces de estable, ciclo reversible de las células RCB y RMB, y también tenían alta densidad y alta eficiencia. Los investigadores sugieren que su trabajo proporciona una estrategia de diseño para usar metales divalentes para hacer factible, baterías recargables.
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