Bateriile cu magneziu-ion ar putea dovedi că doi electroni sunt mai buni decât unul

O baterie litiu-ion funcționează în esență folosind litiu (ioni ?!) pentru a transporta electroni înainte și înapoi între un electrod pozitiv și unul negativ. Aceștia sunt practic transportatori electrici care se încarcă cu electroni pe partea negativă a bateriei și, când li se dă semnalul adecvat, navighează spre partea pozitivă pentru a descărca încărcătura - aceasta este descărcarea unei baterii și atunci când electronii părăsesc litiul de cealaltă parte, aceștia își pot curge gradientul și pot crea un curent care să alimenteze dispozitivul nostru. Transportatorii de litiu acum goi sunt legați de electrodul pozitiv, dar pot fi reîncărcați rulând curentul înapoi. Molecula acum încărcată de electroni se disociază în mod natural și navighează înapoi la primul electrod de stocare. Odată ce toți ionii disponibili sunt astfel depozitați într-o stare de energie ridicată, bateria este reîncărcată.



Analogia transportatorului funcționează bine, deoarece, la fel cum încărcătura vine în unități de containere de transport maritim, electricitatea vine în unități de electroni. Un „ion” de litiu, în scopul bateriilor, va putea să dețină doar un singur electron; Li1+este ionul în care de obicei folosim baterii litiu-ion . Dar magneziul este cel mai ușor de utilizat sub formă de Mg2+ioni, ceea ce înseamnă că ar putea transporta maximum Două electroni per încărcător-declanșare pe baterie. Teoretic, asta permite o creștere uriașă a densității stocării energiei - dublă, de fapt, dacă ionii de magneziu sunt prezenți în aceeași densitate ca și ionii de litiu.



Bazele funcției ionilor de litiu.

Bazele funcției ionilor de litiu.



Dar, după cum știm cu toții, teoria nu se manifestă întotdeauna perfect în lumea reală. Cea mai importantă dintre problemele de confuzie este faptul că atunci când aveți de două ori mai mulți electroni încărcați negativ pe atom, aveți de două ori sarcina negativă pe atom - iar o sarcină negativă mai puternică înseamnă o atracție mai puternică spre ioni pozitivi. Deci, în timp ce ionii de magneziu transportă de două ori încărcătura electrică, aceștia sunt, de asemenea, mai liniști în a face acest lucru, deoarece procesul fizic de difuzare a spațiului plin de electroliți dintre cei doi electrozi este încetinit prin suspendarea literală.

Acest model de computer arată cum ionul portocaliu de magneziu este coordonat de numai 4 ioni din electrolit din apropiere.

Acest model de computer arată cum ionul portocaliu de magneziu este coordonat de doar patru ioni din electrolit din apropiere.



Recent cercetarile arata că aceasta ar putea să nu fie o problemă atât de mare pe cât se temuseră oamenii de știință, pretinzând să demonstreze că un ion de magneziu este strâns doar de cei patru ioni vecini cei mai apropiați - spațiul devine prea aglomerat pentru nimic mai mult decât atât. Aceasta înseamnă că există o limită superioară destul de scăzută a cantității de interferență pe care ioni de magneziu s-ar putea să o experimenteze atunci când își fac treaba în baterie, ceea ce înseamnă că este posibil să nu trebuiască să facem prea multe pentru a depăși acest dezavantaj.



Cercetările viitoare vor fi cu siguranță adaptate electrolitului perfect pentru a obține atât funcția completă a bateriei, cât și mișcarea ionică ușoară. Kristin Persson de la laboratoarele Lawrence Berkeley a testat mii de combinații diferite electrolit-electrod în speranța de a găsi una care să ne permită să exploatăm ionul de magneziu pentru tot ceea ce merită. Supercalculatoarele rulează simulări fizice fundamentale, analizând totul, de la densitatea de încărcare la geometria atomică pentru a vedea cum Mg2+ionii pot deveni membri productivi ai societății bateriilor.

Bateria cu dublu carbon ar putea face magneziu irelevant - dacă merge oriunde.

Bateria cu dublu carbon ar putea face magneziu irelevant - dacă merge oriunde.



Magneziul are, de asemenea, o mulțime de alte avantaje, dintre care cel mai mic este acela nu este litiu , și este mult mai ieftin de achiziționat și utilizat. Toyota a investit în tehnologie, iar Elon Musk a declarat deschis că Tesla și bateria sa Gigafactory sunt pregătite pentru magneziu dacă ar deveni standard; întrucât atât de puține alte aspecte ale proiectării bateriei ar fi afectate de tranziția litiu-magneziu, fabrica ar putea fi reorganizată pentru a pompa foarte ușor bateriile dublu-dense Tesla Mg-ion.

Având în vedere enormele beneficii posibile ale trecerii de la litiu la magneziu, pare o concluzie înaintată că se va întâmpla în cele din urmă - cu excepția cazului în care mai întâi apare ceva cu totul mai bun. Bateriile cu dublu carbon din Japonia, dispozitivele litiu-aer și chiar celulele de combustibil cu hidrogen înviat ar putea crește foarte plauzibil pentru a domina industria. Este vorba despre tehnologia pe care o face pe piață - și indiferent de ce, cu siguranță mai avem cel puțin câțiva ani de litiu.



Acum citiți: Următorul smartphone sau EV se va reîncărca la 70% în doar două minute, datorită noii tehnologii a bateriei litiu-ion