Eliminación de barreras a la comercialización de baterías secundarias de magnesio

Un equipo de investigación dirigido por la Dra. Minah Lee del Centro de Investigación de Almacenamiento de Energía del Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología Avanzadas (KIST) desarrolló una estrategia de activación química para el magnesio metálico que permite que las baterías de magnesio funcionen de manera eficiente en electrolitos comunes que no contienen sustancias corrosivas. aditivos y pueden ser producidos en masa. El estudio fue publicado en la revista ACS Nano.

Si bien la demanda de baterías de iones de litio está creciendo rápidamente debido al rápido crecimiento de los mercados de vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía (ESS), la oferta y la demanda de sus materias primas, como el litio y el cobalto, son principalmente específicas de cada país, por lo tanto, existen grandes preocupaciones acerca de asegurar una cadena de suministro estable. Por este motivo, se está investigando activamente sobre las baterías secundarias de próxima generación y está creciendo el interés por las baterías secundarias que utilizan magnesio, que abunda en la corteza terrestre.

Se puede esperar que las baterías secundarias de magnesio tengan una alta densidad de energía porque usan Mg²⁺, un ion divalente en lugar de iones monovalentes de metales alcalinos como el litio. La mayor densidad de energía se puede obtener mediante el uso directo de magnesio metálico como ánodo, cuya capacidad volumétrica es aproximadamente 1,9 veces mayor que la del litio metálico.

A pesar de estas ventajas, la dificultad de cargar y descargar eficientemente el magnesio metálico debido a su reactividad con los electrolitos dificulta su comercialización. Los investigadores de KIST desarrollaron una tecnología para inducir una reacción de carga y descarga de magnesio metálico altamente eficiente, lo que abrió la posibilidad de comercializar baterías secundarias de magnesio.

En particular, a diferencia de estudios previos que usaron electrolitos corrosivos para facilitar la carga y descarga de magnesio, los investigadores usaron un electrolito común con una composición similar a los electrolitos comerciales existentes, lo que permite el uso de electrodos de alto voltaje y minimiza la corrosión de los componentes de la batería.

El equipo sintetizó una capa protectora artificial con una composición novedosa basada en oligómeros de haluro de alquilo de magnesio en la superficie de magnesio simplemente sumergiendo el magnesio metálico que se utilizará como ánodo en una solución de haluro de alquilo reactivo antes de ensamblar la celda. Descubrieron que la elección de un solvente de reacción específico facilitó la formación de nanoestructuras en la superficie del magnesio, lo que a su vez facilitó la disolución y la deposición del magnesio.

Sobre esta base, eliminaron reacciones indeseables con electrolitos y maximizaron el área de reacción mediante nanoestructuración para inducir un ciclo de magnesio altamente eficiente.

Mediante el uso de la tecnología desarrollada, el sobrepotencial se puede reducir de más de 2 V a menos de 0,2 V al cargar y descargar magnesio metálico en un electrolito común sin aditivos corrosivos, y la eficiencia de Coulomb se puede aumentar de menos del 10 % a más del 99,5%. El equipo demostró una carga y descarga estables de magnesio metálico activado durante más de 990 ciclos, lo que confirma que las baterías de magnesio pueden funcionar con electrolitos convencionales que pueden producirse en masa.

“Este trabajo establece una nueva dirección para la investigación existente sobre las baterías secundarias de magnesio, que utilizan electrolitos corrosivos que evitan la formación de capas interfaciales en las superficies metálicas de magnesio”, dijo la Dra. Minah Lee de KIST. “Esto aumentará el potencial de baterías secundarias de magnesio de alta densidad de energía y bajo costo basadas en electrolitos comunes adecuados para sistemas de almacenamiento de energía (ESS)”.

Proporcionado por el Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología