Прототип магниевой батареи работает при комнатной температуре

Аккумулятор Challenger A12-55

Новое исследование вновь поднимает вопрос о возможности использования аккумуляторов на основе магния при комнатной температуре.

В современных аккумуляторах преобладают литий-ионные элементы, в которых ионы лития перемещаются между анодом и катодом во время циклов зарядки и разрядки. Огромные усилия направлены на совершенствование таких химических элементов, как литий-железо-фосфат, а также на разработку твердотельных аккумуляторов, в которых легковоспламеняющиеся жидкие электролиты будут заменены твердыми. Кроме того, развиваются альтернативы на основе натрия, поскольку исследователи продолжают искать жизнеспособные химические элементы нового поколения, которые будут дешевыми, высокоэнергетическими и безопасными.

Магний уже давно рассматривается как многообещающая альтернатива в химии. Как и натрий, этот элемент или металл широко распространён, нетоксичен и теоретически способен обеспечивать высокую объёмную плотность энергии.

Однако при комнатной температуре магний обладает тем, что химики называют «низкой подвижностью ионов», а это значит, что он далёк от практического применения. (При очень высоких и экстремальных температурах подвижность увеличивается, но это, как правило, интересно, но не полезно для многих сфер применения.)

Теперь команда из Университета Тохоку продемонстрировала перезаряжаемую магниевую батарею, которая работает при комнатной температуре и использует катод из аморфного оксида с формулой Mg₀.₂₇Li₀.₀₉Ti₀.₁₁Mo₀.₂₂O. По словам исследователей, конструкция катода позволяет ионам магния свободнее диффундировать в процессе ионного обмена между литием и магнием.

«Магний не используется в качестве основного материала для аккумуляторов из-за медленной реакции, которая не позволяет им работать при комнатной температуре, — объяснил Тэцу Итицубо из Университета Тохоку. — Представьте, что аккумуляторы в ваших устройствах могут работать только при экстремальных температурах. Они были бы практически бесполезны в повседневной жизни».

Прототип вырабатывал достаточно энергии, чтобы зажечь синий светодиод на 200 циклов, что указывает на обратимую интеркаляцию магния, а не на побочные реакции, которые считались распространённым ограничением в более ранних исследованиях. Система работала при напряжении около 2,5 В, что свидетельствует о достаточном потенциале для внешнего применения.

«Мы создали прототип полноэлементной батареи, чтобы протестировать её в действии, и обнаружили, что она способна отдавать достаточное количество энергии даже после 200 циклов, — сказал Итицубо. — Этого было достаточно для непрерывного питания синего светодиода (LED)».

С помощью химического анализа команда подтвердила, что ёмкость обусловлена реальной инжекцией магния. Этот результат является одним из первых случаев, когда оксидный катод поддерживает работу с ионами магния в условиях окружающей среды.

Разработка пока находится на стадии лабораторных испытаний и далека от коммерческого применения. Но теперь вопрос о том, где можно использовать магний для производства новых типов аккумуляторов, особенно в условиях ограниченных ресурсов, остаётся открытым.