UCL和伊利諾伊大學芝加哥分校的研究人員發(fā)現(xiàn)，微小的，無序的鎂鉻氧化物顆粒可能是新鎂電池儲能技術(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。

這項研究發(fā)表于今天的Nanoscale，報告了一種新的，可擴展的方法，用于制造能夠?qū)㈡V離子可逆地儲存在高壓中的材料，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)展的一個重大進展。迄今為止，很少有無機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)正在達到其能力的范圍，因此尋找其他化學品非常重要，這將使我們能夠制造具有更大存儲容量和更纖薄設(shè)計的電池，”聯(lián)合主要作者，IanJohnson博士(UCL)說。化學)。

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

限制鋰離子電池的一個因素是陽極。出于安全原因，必須在鋰離子電池中使用低容量碳陽極，因為使用純鋰金屬陽極會導致危險的短路和火災(zāi)。

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

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

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

伊利諾伊大學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方法，以觀察兩種材料在細胞中測試鎂活性時的結(jié)構(gòu)和化學變化。

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

“這表明電池的未來可能存在于無序和非常規(guī)結(jié)構(gòu)中，這是一個激動人心的前景，我們之前沒有探討過，因為通常情況會導致電池材料出現(xiàn)問題。它強調(diào)了查看其他結(jié)構(gòu)缺陷材料的重要性JawwadDarr教授(倫敦大學學院化學系)解釋說，可能為可逆電池化學提供更多機會。

“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)的無序為重要的化學反應(yīng)提供了新的途徑。

傳統(tǒng)上，希望有序提供清晰的擴散途徑，使細胞容易充電和放電-但我們所看到的表明，無序結(jié)構(gòu)引入了新的，可進入的擴散途徑，需要進一步研究，“JordiCabana教授說。(伊利諾伊大學芝加哥分校)。

這些結(jié)果是英國和美國研究人員之間激動人心的新合作的產(chǎn)物。倫敦大學學院和伊利諾伊大學芝加哥分校計劃將研究擴展到其他無序，高表面積材料，以進一步提高鎂儲存能力，并開發(fā)出實用的鎂電池。

該項目的資金由能源儲存研究聯(lián)合中心，美國能源創(chuàng)新中心和工程與物理科學研究委員會的JUICED能源中心提供。