La percée de la batterie de magnésium signifie des batteries plus sûres qui n’exploseront pas

Inquiet à propos des batteries lithium-ion trouvées dans vos ordinateurs portables et téléphones portables? Vos soucis seront bientôt partis à cause de cette nouvelle découverte de batterie.

Une étude récente a découvert une percée dans les batteries au magnésium qui rend ces dispositifs d’énergie plus sûrs, tel que rapporté par ScienceDaily.com.

Contrairement aux batteries traditionnelles au lithium-ion, qui avaient fait la une des journaux à cause de l’explosion, les batteries au magnésium ne sont pas inflammables ou explosent. Cependant, leur stockage d’énergie a été limité. (En relation: les batteries au lithium-polymère pourraient remplacer le lithium-ion dangereux dans les ordinateurs portables, selon Sony.)

Les chercheurs de l’Université de Houston ont découvert une nouvelle conception de la cathode de la batterie – l’électrode à partir de laquelle le courant circule – augmentant considérablement la capacité de stockage et rompant avec la sagesse conventionnelle selon laquelle la liaison magnésium-chlorure doit être rompue avant d’introduire le magnésium dans l’hôte. L’étude a été publiée dans Nature Communications.

« Nous combinons une cathode nanostructurée et une nouvelle compréhension de l’électrolyte de magnésium », a déclaré Yan Yao, auteur principal de l’étude et professeur agrégé de génie électrique et informatique à l’Université de Houston, dans l’article de Science Daily. « C’est nouveau. »

Yao a d’abord conçu le travail avec Hyun Deog Yoo, son boursier postdoctoral, en 2014. Ensuite, le projet a continué pendant plusieurs années et a impliqué des scientifiques de trois universités et trois laboratoires nationaux – travaillant à la fois expérimentalement et théoriquement.

Batteries au magnésium et batteries au lithium-ion

La nouvelle conception de batterie au magnésium a une capacité de stockage de 400 mAh / g, quatre fois plus grande que 100 mAh / g pour les batteries au magnésium antérieures. Les batteries traditionnelles au lithium-ion ont une capacité de cathode d’environ 200 mAh / g.

Apparemment, la nouvelle batterie reste basse tension à environ un volt, comparée aux batteries lithium-ion qui ont trois à quatre volts.

Ce qui a fait les batteries lithium-ion la norme est leur haute tension couplée à leur densité énergétique élevée. Cependant, ils sont coûteux et peuvent développer des lacunes dans sa structure interne appelée croissance des dendrites, ce qui peut rendre les batteries inflammables.

D’autre part, le magnésium est plus abondant sur Terre que le lithium, ce qui le rend moins cher. Il ne forme pas non plus de dendrites, donc il ne prend pas feu.

Cependant, la nouvelle batterie a encore besoin d’une meilleure cathode et d’électrolytes plus efficaces – le moyen par lequel la charge ionique circule entre la cathode et l’anode.

Ce qui doit être fait

« L’ion de magnésium est connu pour être difficile à insérer dans un hôte », a déclaré Yoo, le premier auteur du journal.

Yoo a suggéré que la solution consiste à diluer le disulfure de titane pour permettre l’insertion du chlorure de magnésium et que le maintien de la liaison chlorure de magnésium doublerait la charge que la cathode pourrait stocker.

« Tout d’abord, il est très difficile de rompre les liaisons magnésium-chlorure. Plus que cela, les ions de magnésium produits de cette manière se déplacent extrêmement lentement dans l’hôte. Cela réduit tout à fait l’efficacité de la batterie « , a déclaré Yoo.

Les molécules de monochlorure de magnésium sont trop grandes pour être insérées dans le disulfure de titane en utilisant des procédés classiques. Les chercheurs ont donc créé une nanostructure ouverte en augmentant de 300% les trous dans le disulfure de titane en utilisant des «piliers» organiques.

Même si l’ouverture était encore petite, augmentée de 0,57 nanomètres à 1,8 nanomètres, Yoo a dit que cela permettait d’insérer le chlorure de magnésium.

L’énergie est stockée dans la nouvelle batterie en insérant du monochlorure de magnésium dans un hôte, tel que le disulfure de titane. Yoo a expliqué que la cathode présentait une diffusion beaucoup plus rapide que les versions traditionnelles en magnésium lorsque la liaison magnésium-chlorure était conservée.

Yoo espère que c’est une stratégie générale.

« En insérant divers ions polyatomiques dans des ions polyatomiques supérieurs dans des hôtes à plus haute tension, nous visons finalement à créer des batteries à plus haute énergie à des prix plus bas, en particulier pour les véhicules électriques », a déclaré Yoo.

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