Diminuto, Las partículas desordenadas de óxido de magnesio y cromo pueden ser la clave de la nueva tecnología de almacenamiento de energía de baterías de magnesio. que podría poseer una mayor capacidad en comparación con las baterías de iones de litio convencionales, encontrar investigadores de UCL y de la Universidad de Illinois en Chicago.

El estudio, publicado hoy en Nanoescala , informa un nuevo, método escalable para fabricar un material que pueda almacenar de forma reversible iones de magnesio a alto voltaje, la característica definitoria de un cátodo.

Si bien se encuentra en una etapa temprana, los investigadores dicen que es un avance significativo en el avance hacia las baterías de magnesio. Hasta la fecha, muy pocos materiales inorgánicos han mostrado eliminación e inserción reversible de magnesio, que es clave para que funcione la batería de magnesio.

"La tecnología de iones de litio está llegando al límite de su capacidad, por eso es importante buscar otras químicas que nos permitan construir baterías con una mayor capacidad de almacenamiento y un diseño más delgado, "dijo el coautor principal, Dr. Ian Johnson (Química UCL).

"La tecnología de baterías de magnesio ha sido promovida como una posible solución para proporcionar baterías de teléfonos y automóviles eléctricos de mayor duración, pero conseguir un material práctico para utilizarlo como cátodo ha sido un desafío ".

Un factor que limita las baterías de iones de litio es el ánodo. Los ánodos de carbono de baja capacidad deben usarse en baterías de iones de litio por razones de seguridad, ya que el uso de ánodos de metal de litio puro puede provocar peligrosos cortocircuitos e incendios.

A diferencia de, Los ánodos de magnesio y metal son mucho más seguros. por lo tanto, asociar el metal de magnesio con un material de cátodo funcional haría que la batería fuera más pequeña y almacenaría más energía.

Investigaciones anteriores que utilizaron modelos computacionales predijeron que el óxido de magnesio y cromo (MgCr2O4) podría ser un candidato prometedor para los cátodos de baterías de Mg.

Inspirado por este trabajo, Los investigadores de UCL produjeron un ~ 5 nm, material de óxido de cromo magnesio desordenado en una reacción muy rápida y a temperatura relativamente baja.

Los colaboradores de la Universidad de Illinois en Chicago luego compararon su actividad de magnesio con una convencional, ordenó material de óxido de cromo y magnesio ~ 7 nm de ancho.

Utilizaron una variedad de técnicas diferentes, incluida la difracción de rayos X, Espectroscopía de absorción de rayos X y métodos electroquímicos de vanguardia para ver los cambios estructurales y químicos cuando se probaron los dos materiales para determinar la actividad de magnesio en una celda.

Los dos tipos de cristales se comportaron de manera muy diferente, con las partículas desordenadas que muestran extracción e inserción de magnesio reversibles, en comparación con la ausencia de tal actividad en grandes, cristales ordenados.

"Esto sugiere que el futuro de las baterías podría estar en estructuras desordenadas y poco convencionales, que es una perspectiva emocionante y una que no hemos explorado antes, ya que generalmente el desorden da lugar a problemas en los materiales de las baterías. Destaca la importancia de ver si otros materiales estructuralmente defectuosos podrían brindar más oportunidades para la química de las baterías reversibles ", explicó el profesor Jawwad Darr (Química de la UCL).

“Vemos que el aumento del área de superficie y la inclusión del desorden en la estructura cristalina ofrecen nuevas vías para que se produzca una química importante en comparación con los cristales ordenados.

Convencionalmente Se desea un orden para proporcionar vías de difusión claras, permitiendo que las células se carguen y descarguen fácilmente, pero lo que hemos visto sugiere que una estructura desordenada introduce nuevas, vías de difusión accesibles que necesitan ser investigadas más a fondo, ", dijo el profesor Jordi Cabana (Universidad de Illinois en Chicago).

Estos resultados son el producto de una nueva y emocionante colaboración entre investigadores del Reino Unido y Estados Unidos. UCL y la Universidad de Illinois en Chicago tienen la intención de ampliar sus estudios a otros trastornos, materiales de gran superficie, para permitir mayores ganancias en la capacidad de almacenamiento de magnesio y desarrollar una práctica batería de magnesio.