UCL和伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校的研究人員發(fā)現(xiàn)，微小的，無(wú)序的鎂鉻氧化物顆粒可能是新鎂電池儲(chǔ)能技術(shù)的關(guān)鍵，與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，這種技術(shù)可以提高容量。

這項(xiàng)研究發(fā)表于今天的Nanoscale，報(bào)告了一種新的，可擴(kuò)展的方法，用于制造能夠?qū)㈡V離子可逆地儲(chǔ)存在高壓中的材料，這是陰極的特征。

雖然它處于早期階段，但研究人員表示，這是向鎂基電池發(fā)展的一個(gè)重大進(jìn)展。迄今為止，很少有無(wú)機(jī)材料顯示出可逆的鎂去除和插入，這是鎂電池發(fā)揮作用的關(guān)鍵。

“鋰離子技術(shù)正在達(dá)到其能力的范圍，因此尋找其他化學(xué)品非常重要，這將使我們能夠制造具有更大存儲(chǔ)容量和更纖薄設(shè)計(jì)的電池，”聯(lián)合主要作者，IanJohnson博士(UCL)說(shuō)。化學(xué))。

“鎂電池技術(shù)一直被認(rèn)為是提供更耐用的手機(jī)和電動(dòng)汽車電池的可能解決方案，但獲得用作陰極的實(shí)用材料一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。”

限制鋰離子電池的一個(gè)因素是陽(yáng)極。出于安全原因，必須在鋰離子電池中使用低容量碳陽(yáng)極，因?yàn)槭褂眉冧嚱饘訇?yáng)極會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)的短路和火災(zāi)。

相比之下，鎂金屬陽(yáng)極更加安全，因此配合功能正極材料的鎂金屬可以使電池更小并儲(chǔ)存更多能量。

以前使用計(jì)算模型的研究預(yù)測(cè)，鎂鉻氧化物(MgCr2O4)可能是鎂電池陰極的有希望的候選者。

受這項(xiàng)工作的啟發(fā)，倫敦大學(xué)學(xué)院的研究人員在非常快速和相對(duì)低溫的反應(yīng)中產(chǎn)生了約5納米的無(wú)序鎂鉻氧化物材料。

伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校的合作者將其鎂活性與傳統(tǒng)的有序鎂鉻氧化物材料(7納米寬)進(jìn)行了比較。

他們使用了一系列不同的技術(shù)，包括X射線衍射，X射線吸收光譜和尖端電化學(xué)方法，以觀察兩種材料在細(xì)胞中測(cè)試鎂活性時(shí)的結(jié)構(gòu)和化學(xué)變化。

兩種類型的晶體表現(xiàn)非常不同，與較大的有序晶體中沒(méi)有這種活性相比，無(wú)序粒子顯示出可逆的鎂提取和插入。

“這表明電池的未來(lái)可能存在于無(wú)序和非常規(guī)結(jié)構(gòu)中，這是一個(gè)激動(dòng)人心的前景，我們之前沒(méi)有探討過(guò)，因?yàn)橥ǔＧ闆r會(huì)導(dǎo)致電池材料出現(xiàn)問(wèn)題。它強(qiáng)調(diào)了查看其他結(jié)構(gòu)缺陷材料的重要性JawwadDarr教授(倫敦大學(xué)學(xué)院化學(xué)系)解釋說(shuō)，可能為可逆電池化學(xué)提供更多機(jī)會(huì)。

“我們看到，與有序晶體相比，增加表面積并且包括晶體結(jié)構(gòu)的無(wú)序?yàn)橹匾幕瘜W(xué)反應(yīng)提供了新的途徑。

傳統(tǒng)上，希望有序提供清晰的擴(kuò)散途徑，使細(xì)胞容易充電和放電-但我們所看到的表明，無(wú)序結(jié)構(gòu)引入了新的，可進(jìn)入的擴(kuò)散途徑，需要進(jìn)一步研究，“JordiCabana教授說(shuō)。(伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校)。

這些結(jié)果是英國(guó)和美國(guó)研究人員之間激動(dòng)人心的新合作的產(chǎn)物。倫敦大學(xué)學(xué)院和伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校計(jì)劃將研究擴(kuò)展到其他無(wú)序，高表面積材料，以進(jìn)一步提高鎂儲(chǔ)存能力，并開(kāi)發(fā)出實(shí)用的鎂電池。

該項(xiàng)目的資金由能源儲(chǔ)存研究聯(lián)合中心，美國(guó)能源創(chuàng)新中心和工程與物理科學(xué)研究委員會(huì)的JUICED能源中心提供。