Изоляционные и конструкционные композитные и полимерные материалы

Магниевый катод повышает производительность аккумуляторных батарей, но обладает рядом недостатков

25.10.2017

Аккумуляторные батареи, созданные из магния, вместо лития, обладают повышенной ёмкостью, позволяя хранить больше энергии в батарее меньшего размера. Но существуют химические особенности, тормозящие научный прогресс разработки магниевых аккумуляторов.

Ученые из Объединённого центра исследований Министерства энергетики США в сотрудничестве с Национальной лабораторией Лоуренса Беркли (Berkeley Lab), описали набор химических реакций с участием магния, используемого в качестве катода в аккумуляторных батареях. Эти реакции вызывают деградацию в работе батареи, начинающуюся ещё до первой зарядки аккумулятора. Выводы исследовательской группы могут иметь отношение и к другим материалам для батарей и помогут избежать в будущем этих вновь выявленных ловушек.

Исследователи применяли теоретическое моделирование, рентгеновские эксперименты и симуляции на суперкомпьютерах для того, чтобы получить данные о поведении химического состава жидкого 10-нанометрового слоя электролита, расположенного на поверхности электрода. Результаты исследования были опубликованы в онлайн-публикации журнала «Химия материалов» («Chemistry of Materials»).

По сравнению с литием, магний имеет более высокую электрическую плотность, что даёт надежду на то, что, теоретически, он может хранить больше энергии в батарее того же размера. С другой стороны, в сравнении с литием, магний менее стабилен. Когда магний реагирует с кислородом и влажностью в воздухе, на его поверхности формируется окислённый слой. Считается, что это снижает эффективность и сокращает срок службы батареи. Поэтому команда ищет способы предотвращения образования оксидного слоя.

Для проведения глубокого исследования образования этого слоя исследователи применили особый рентгеновский метод, называемый рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией под давлением или APXPS. Этот инновационный метод чувствителен к реакциям, происходящим на границе раздела между твёрдым электродом и жидким электролитом, что делает его оптимальным инструментом для исследования химического состава батареи на поверхности электрода, в точке контакта сред.

Исследователи пришли к выводу, что окисление поверхности магниевого катода имеет недостатки и способствует образованию загрязняющих электролит веществ, которые приводят к нежелательным реакциям. Магниевые батареи придут на смену литиевым только после того, как учёные смогут обойти эти нежелательные реакции.

Источник

Вебмастер