Les électrolytes de batterie utilisant des chélatants à base d'amine solvatant des cations divalents ont démontré un placage/décapage stable et hautement réversible du métal Mg, comme illustré par l'image de microscopie électronique à balayage (MEB) de l'anode Mg cyclée illustrée à gauche avec une coque de solvatation représentative du Mg2 + cation. Le même électrolyte présentait une intercalation/désintercalation réversible dans des cathodes à oxyde métallique haute tension telles que Mg0.15MnO2 (illustré à droite). Les batteries constituées de magnésium métal couplé à une cathode Mg0.15MnO2 ont atteint une densité d'énergie de 420 Wh kg-1 au niveau de l'électrode. Crédit :Nina Borodine, Singyuk Hou, Xiao Ji
Une équipe de chercheurs travaillant à l'Université du Maryland a développé une stratégie de conception d'électrolyte pour fabriquer des batteries en métal divalent. Dans leur article publié dans la revue Science , le groupe décrit la résolution des problèmes associés aux batteries métalliques rechargeables divalentes et la stratégie qu'ils ont développée pour les surmonter. Pengjian Zuo et Geping Yin du Harbin Institute of Technology exposent les problèmes liés au développement de batteries à métal divalent et décrivent le travail effectué par l'équipe du Maryland dans un article publié dans le même numéro de la revue.
Les atomes de métaux divalents peuvent se combiner avec des atomes d'hydrogène doubles. Certains des plus connus sont le calcium et le magnésium, deux métaux beaucoup plus abondants et facilement accessibles que le lithium, qui est couramment utilisé dans les batteries. Les chercheurs ont donc cherché un moyen de les utiliser dans des batteries rechargeables. Des tensions de fonctionnement faibles et des performances de cyclage inférieures à celles souhaitées sont des obstacles dus à l'absence d'électrolyte qui ne forme pas de couches sur l'anode. Il y a également eu des problèmes de migration de métal dans la cathode. Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont développé une stratégie de conception qui surmonte ces problèmes pour le magnésium.
La stratégie impliquait l'utilisation d'une conception d'électrolyte polyvalente dans laquelle les agents chélatants interagissent avec les cations, ce qui a amélioré la réversibilité de la batterie et sa cinétique de transfert de charge. Les chercheurs ont noté que l'interface solvant du magnésium est généralement stable par rapport au lithium. Cela les a amenés à rechercher et à trouver un groupe de chélateurs méthoxyéthyl-amine qui ont tendance à favoriser le transfert de charge sans réactions secondaires, car les ligands se fixent aux atomes du métal à plusieurs endroits. En test, les batteries utilisant les chélatants, étaient capables de stabilité, cyclage réversible des cellules RCB et RMB, et ils avaient à la fois une densité élevée et une efficacité élevée. Les chercheurs suggèrent que leur travail fournit une stratégie de conception pour l'utilisation de métaux divalents pour rendre exploitables, batteries rechargeables.
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