De siste årene har vitenskapelig forskning utforsket en alternativ vei til litiumbatterier: litiumbatterier oppladbare magnesiumbatterier. Magnesium er et grunnstoff rikelig på jorden, økonomisk og fremfor alt stabil. I teorien kan magnesiumioner transportere to elektroner i stedet for etttilbyr en potensielt høyere energikapasitet. På den annen side derimot elektrolytter egnet for magnesium er fortsatt vanskelig å utvikle og teknologien er langt fra industriell produksjon.
Hva er magnesiumbatterier og hvordan fungerer de
Magnesiumbatterier er lagringssystemer hvor anoden består av metallisk magnesiumet grunnstoff som er mye mer rikelig enn litium i jordskorpen og lett tilgjengelig. Deres særegenhet er at de transporterer Mg²⁺-ioner to elektroner per atomteoretisk dobling av kapasiteten sammenlignet med Li+-ioner. I følge forskning ved University of Waterloo, gjør denne egenskapen magnesium til en ideell kandidat for lavprisbatterier med høy energitetthet.
Prinsippet ligner det for litiumbatterier: under utlading migrerer Mg²⁺-ioner fra anoden til katoden via en elektrolytt og genererer strøm. Forskjellen er at magnesium, sammenlignet med litium, danner ikke dendritter betydelig, det vil si bittesmå metallstrukturer eller skarpe fremspring som kan stikke hull i separatoren og forårsake brann og som fortsetter å forlenge syklus etter syklus. Dette lager magnesiumbatterier eige tryggere. Problemet? Mg²⁺-ioner er «tregere» og vanskelige å flytte i tradisjonelle elektrolytter. Dette er grunnen til at mange forskningsgrupper utvikler seg nye organiske og faste elektrolytter for å forbedre ledningsevnen.
En nylig prototype fra Tohoku University demonstrerte stabil drift ved romtemperatur, og overvann en av teknologiens historiske begrensninger.
Den mulige bruken av magnesiumbatterier
Magnesiumbatterier er fortsatt i eksperimentell fase, men kan finne anvendelser i:
- stasjonær akkumulering for fornybar energi, takket være lave materialer;
- elektriske kjøretøyhvis energitettheten når konkurransedyktige nivåer;
- forbrukerelektronikksom et tryggere alternativ til litiumceller.
Europeiske prosjekter som f.eks Høy Mag ved University of Limerick har som mål å utvikle magnesiumbatterier for bærekraftig mobilitet.
Forskjeller sammenlignet med litiumbatterier
Litiumbatterier bruker litium som hovedmateriale: det er veldig effektivt, men relativt lite og dyrt. Magnesiumbatterier er derimot basert på magnesium, et veldig sterkt grunnstoff mer rikelig og økonomisk. Fra et sikkerhetsperspektiv kan litiumbatterier utvikle dendritter, strukturer som øker risikoen for kortslutning og brann. Magnesiumbatterier har ikke dette problemet nevneverdig og er derfor det mer stabil.
Når det gjelder teknologiens tilstand, er litiumbatterier nå modne og bredt markedsført, mens magnesiumbatterier fortsatt er i forsøksfasen Og de er ikke tilgjengelige på markedet. Der energitetthet av litiumbatterier er allerede svært høy. Magnesiumbatterier kan i teorien overgå det takket være det doble antallet elektroner som transporteres av Mg²⁺-ioner, men dette potensialet er ennå ikke nådd i nåværende prototyper.
Til slutt, den elektrolytter: for litium finnes det et bredt spekter av effektive og velprøvde løsninger. For magnesium er elektrolytter fortsatt gjenstand for forskning, fordi Mg²⁺-ioner er vanskeligere å flytte inne i cellen og elektrolytter har en tendens til å danne passiverende lag som blokkerer lading.
Derfor oppladbare magnesiumbatterier Ikke de er fortsatt utbredt og i dag består denne teknologien laboratoriummed lovende prototyper, men langt fra industriell produksjon. Fremskritt de siste årene indikerer imidlertid at teknologien akselererer.
