Pequeno, partículas desordenadas de óxido de magnésio e cromo podem ser a chave para uma nova tecnologia de armazenamento de energia de bateria de magnésio, que poderia possuir maior capacidade em comparação com baterias convencionais de íon-lítio, encontrar pesquisadores da UCL e da Universidade de Illinois em Chicago.

O estudo, publicado hoje em Nanoescala , relata um novo, método escalonável para fazer um material que pode armazenar íons de magnésio reversivelmente em alta tensão, a característica definidora de um cátodo.

Embora esteja em um estágio inicial, os pesquisadores dizem que é um desenvolvimento significativo na mudança para baterias baseadas em magnésio. A data, muito poucos materiais inorgânicos mostraram remoção e inserção reversível de magnésio, que é a chave para o funcionamento da bateria de magnésio.

"A tecnologia de íons de lítio está atingindo o limite de sua capacidade, por isso é importante procurar outros produtos químicos que nos permitam construir baterias com uma capacidade de armazenamento maior e um design mais fino, "disse o co-autor principal, Dr. Ian Johnson (UCL Química).

"A tecnologia de bateria de magnésio foi defendida como uma solução possível para fornecer baterias de telefone e carros elétricos mais duradouras, mas conseguir um material prático para usar como cátodo tem sido um desafio. "

Um fator que limita as baterias de íon de lítio é o ânodo. Ânodos de carbono de baixa capacidade devem ser usados ​​em baterias de íon-lítio por razões de segurança, como o uso de ânodos de metal de lítio puro pode causar curtos-circuitos e incêndios perigosos.

Em contraste, ânodos de magnésio metálico são muito mais seguros, então, a parceria do metal magnésio com um material catódico funcional tornaria a bateria menor e armazenaria mais energia.

Pesquisas anteriores usando modelos computacionais previram que óxido de magnésio e cromo (MgCr2O4) poderia ser um candidato promissor para cátodos de bateria de Mg.

Inspirado por este trabalho, Os pesquisadores da UCL produziram um ~ 5 nm, material de óxido de cromo e magnésio desordenado em uma reação de temperatura muito rápida e relativamente baixa.

Colaboradores da Universidade de Illinois em Chicago compararam sua atividade de magnésio com uma convencional, ordenou o material de óxido de cromo e magnésio com aproximadamente 7 nm de largura.

Eles usaram uma variedade de técnicas diferentes, incluindo difração de raios-X, Espectroscopia de absorção de raios-X e métodos eletroquímicos de ponta para ver as mudanças estruturais e químicas quando os dois materiais foram testados quanto à atividade de magnésio em uma célula.

Os dois tipos de cristais se comportaram de maneira muito diferente, com as partículas desordenadas exibindo extração e inserção reversível de magnésio, em comparação com a ausência de tal atividade em maiores, cristais ordenados.

"Isso sugere que o futuro das baterias pode estar em estruturas desordenadas e não convencionais, o que é uma perspectiva empolgante e que não exploramos antes, pois geralmente a desordem dá origem a problemas nos materiais da bateria. Ele destaca a importância de ver se outros materiais estruturalmente defeituosos podem dar mais oportunidades para a química reversível da bateria ", explicou o professor Jawwad Darr (UCL Chemistry).

"Vemos o aumento da área de superfície e a inclusão de desordem na estrutura do cristal, oferecendo novos caminhos para a ocorrência de uma química importante em comparação com os cristais ordenados.

Convencionalmente, ordem é desejada para fornecer vias de difusão claras, permitindo que as células sejam carregadas e descarregadas facilmente, mas o que vimos sugere que uma estrutura desordenada introduz novos, vias de difusão acessíveis que precisam ser mais investigadas, "disse o professor Jordi Cabana (Universidade de Illinois em Chicago).

Esses resultados são o produto de uma nova e estimulante colaboração entre pesquisadores do Reino Unido e dos Estados Unidos. A UCL e a Universidade de Illinois em Chicago pretendem expandir seus estudos para outros transtornos, materiais de alta área de superfície, para permitir ganhos adicionais na capacidade de armazenamento de magnésio e desenvolver uma bateria de magnésio prática.