Des chercheurs de l'Université de Houston et du Toyota Research Institute of America ont découvert une nouvelle version prometteuse de batteries au magnésium à haute énergie, avec des applications potentielles allant des véhicules électriques au stockage de batteries pour les systèmes d'énergie renouvelable.

La batterie, signalé le 21 décembre dans Joule , est le premier à fonctionner avec des électrolytes limités tout en utilisant une électrode organique, un changement, selon les chercheurs, lui permet de stocker et de décharger beaucoup plus d'énergie que les anciennes batteries au magnésium. Ils ont utilisé un électrolyte sans chlorure, un autre changement par rapport à l'électrolyte traditionnel utilisé par les batteries au magnésium, qui a permis la découverte.

Yan Yao, professeur agrégé de génie électrique et informatique à l'UH, a déclaré que les chercheurs ont pu confirmer que le chlorure dans l'électrolyte couramment utilisé contribue à des performances lentes. "Le problème que nous essayions de résoudre est l'impact du chlorure, " dit-il. " C'est universellement utilisé. "

Yao, qui est également chercheur principal au Texas Center for Superconductivity à UH, et son équipe ont utilisé l'électrolyte sans chlorure pour tester des cathodes en polymère organique de quinone avec une anode en magnésium métallique, déclarant qu'ils ont fourni jusqu'à 243 wattheures par kilogramme, avec une puissance mesurée jusqu'à 3,4 kilowatts par kilogramme. La batterie est restée stable jusqu'à 2, 500 cycles.

Les scientifiques ont passé des décennies à rechercher une batterie au magnésium à haute énergie, en espérant profiter des avantages naturels du magnésium par rapport au lithium, l'élément utilisé dans les batteries lithium-ion standard. Le magnésium est beaucoup plus répandu et donc moins cher, et il n'est pas sujet à des brèches dans sa structure interne, appelées dendrites, qui peuvent faire exploser et prendre feu les batteries au lithium.

Mais les batteries au magnésium ne seront commercialement compétitives que lorsqu'elles pourront stocker et décharger de grandes quantités d'énergie. Yao a déclaré que les matériaux de cathode et d'électrolyte précédents avaient été une pierre d'achoppement.

La cathode est l'électrode à partir de laquelle le courant circule dans une batterie, tandis que les électrolytes sont le milieu à travers lequel la charge ionique circule entre la cathode et l'anode.

Les autres chercheurs du projet incluent les premiers auteurs Hui Dong, doctorant à l'UH, et Yanliang Léonard Liang, professeur assistant de recherche à l'UH; Oscar Tutusaus et Rana Mohtadi, tous deux avec le Toyota Research Institute of North America; et les doctorants de l'UH Ye Zhang et Fang Hao.

"Grâce à (la) combinaison optimale de cathodes en polymère carbonyle organique et d'électrolytes permettant le stockage du magnésium, nous sommes en mesure de démontrer une énergie spécifique élevée, Puissance, et la stabilité au cyclage qui sont rarement observées dans les batteries Mg, " ils ont écrit.

Liang a noté que jusqu'à présent, la meilleure cathode pour les batteries au magnésium a été un sulfure de molybdène en phase Chevrel, développé il y a près de 20 ans. Il n'a ni la puissance ni la capacité de stockage d'énergie pour concurrencer les batteries au lithium, il a dit.

Mais des rapports récents suggèrent que les matériaux cathodiques organiques peuvent fournir une capacité de stockage élevée à température ambiante. "Nous étions curieux de savoir pourquoi, " a déclaré Liang.

Dong a déclaré que les deux cathodes en polymère organique testées fournissaient une tension plus élevée que la cathode en phase Chevrel.

Yao a déclaré que les recherches futures se concentreraient sur l'amélioration de la capacité et de la tension spécifiques des batteries afin de concurrencer les batteries au lithium.

"Le magnésium est beaucoup plus abondant, et c'est plus sûr, ", a-t-il déclaré. "Les gens espèrent qu'une batterie au magnésium peut résoudre les risques des batteries au lithium."