Википедија

Magnezijumska baterija

Magnezijumske baterije su baterije koje koriste katjone magnezijuma kao nosioce napona i možda u anodi u elektrohemijskim ćelijama. Istražene su hemije primarne ćelije koje se ne mogu puniti i sekundarne ćelije koje se mogu puniti. Magnezijumske primarne ćelijske baterije su komercijalizovane i našle su primenu kao rezervne baterije i baterije opšte upotrebe[1].

Magnezijumske sekundarne ćelijske baterije su aktivna tema istraživanja kao moguća zamena ili poboljšanje u odnosu na litijum-jonske baterije u određenim primenama. Značajna prednost magnezijumskih ćelija je njihova upotreba čvrste magnezijumske anode, koja nudi gustinu energije veću od litijumskih baterija. Istražene su anode insercionog tipa („jon magnezijuma“).

Primarne ćelije

uredi

Primarne ćelije magnezijuma razvijaju se od početka 20. veka. U anodi, oni koriste prednost niske stabilnosti i visoke energije metala magnezijuma, čija je veza slabija za više od 250 kJ/mol u poređenju sa gvožđem i većinom drugih prelaznih metala, koji se snažno vezuju preko svojih delimično popunjenih d-orbitala. Proučavano je više hemija za rezervne tipove baterija, sa katodnim materijalima uključujući srebrni hlorid, bakar(I)hlorid, paladijum(II) hlorid, bakar(I) jodid, bakar(I) tiocijanat, mangan dioksid i vazduh (kiseonik)[2]. Na primer, srebro-hlorid/magnezijum rezervna baterija aktivirana vodom postala je komercijalno dostupna do 1943. godine[3].

Magnezijumska suva baterija tipa BA-4386 je u potpunosti komercijalizovana, sa troškovima po jedinici koji se približavaju cenama cink baterija. U poređenju sa ekvivalentnim ćelijama cink-ugljenik baterija, one su imale veći kapacitet po zapremini i duži rok trajanja. BA-4386 je naširoko koristila američka vojska od 1968. do otprilike 1984. godine, kada je zamenjen litijum tionil hloridnom baterijom[4].

Magnezijum-vazdušna baterija ima teoretski radni napon od 3,1 V i gustinu energije od 6.8 kWh/kg. Dženeral Elektrik je još 1960-ih proizveo bateriju magnezijum-vazduh koja je radila u neutralnom rastvoru NaCl. Magnezijum-vazdušna baterija je primarna ćelija, ali ima potencijal da se „puni gorivo“ zamenom anode i elektrolita. Neke primarne magnezijumske baterije nalaze se u upotrebi kao rezervni sistemi na kopnu, kao i kao podmorski izvori energije, koristeći morsku vodu kao elektrolit[5].Torpedo Mark 44 koristi magnezijumsku bateriju koja se aktivira vodom.

Sekundarne ćelije

uredi

Sekundarne magnezijum-jonske baterije uključuju reverzibilni tok Mg2+ jona. Oni su kandidati za poboljšanje tehnologije litijum-jonskih baterija u određenim aplikacijama. Magnezijum ima teorijsku gustinu energije po jedinici mase ispod polovine manje od litijuma (18,8 MJ/kg (~2205 mAh/g) naspram 42,3 MJ/kg), ali zapreminsku gustinu energije za oko 50% veću (32,731 GJ/m3 (3833 mAh/mL) naspram 22,569 GJ/m3 (2046 mAh/mL). omogućava da se metalni magnezijum koristi bez interkalacionog jedinjenja na anodi, čime se teoretska maksimalna relativna zapreminska gustina energije podiže na oko 5 puta veću od grafitne elektrode. Može imati prednost u troškovima zbog relativnog obilja magnezijuma i lakoće iskopavanja[6].

Primene su prepoznate do 1990-ih na osnovu katodnih materijala V2O5, TiS2 ili Ti2S4 i magnezijumskih anoda. Međutim, nestabilnosti u stanju pražnjenja i nesigurnosti u vezi sa ulogom vode u elektrolitu ograničavaju napredak[7]. Izraelski istraživači su 2000. godine prijavili nanošenje Mg bez dendrita u AlCl3-etar elektrolitima sa prilično visokim (>2 V u odnosu na Mg/Mg2+) granicom stabilnosti anodnog napona[8]. U tom radu, međutim, za interkalaciju Mg2+ korišćen je niskonaponski (i donekle skup) anodni materijal (Mo6S8 tipa čevrel). Uprkos istraživanjima koja su usledila nakon tog otkrića, svi pokušaji da se razvije visokonaponska Mg2+ interkalna anoda za hloroaluminat (i srodne) elektrolite su propali[9]. Elektrohemijska interkalacija Mg2+ u mnoge čvrste materijale je dobro poznata, na primer iz vodenih elektrolita. Problem je pronaći anodne materijale koji pokazuju interkalaciju iz istih rešenja, koji pokazuju reverzibilno Mg metalno prevlačenje.

Za razliku od Mg-metalnih baterija, Mg-jonske baterije ne koriste Mg-metalnu anodu, već čvrst materijal sposoban da interkalira Mg2+ jone. Takve baterije obično koriste vodeni ili drugi polarni elektrolit[10]. Komercijalno održiva/konkurentna tržišna niša za Mg-jonske baterije nije identifikovana.

Izvori

uredi
  1. ^ „Šta je magnezijumska baterija? - Vesti - Ksiamen Liteng Engineering Machineri Co., Ltd”. srla.goodloader.com (na jeziku: srpski). Pristupljeno 2024-09-02. 
  2. ^ Mohtadi, Rana; Mizuno, Fuminori (2014-08-18). „Magnesium batteries: Current state of the art, issues and future perspectives”. Beilstein Journal of Nanotechnology (na jeziku: engleski). 5: 1291—1311. ISSN 2190-4286. doi:10.3762/bjnano.5.143. 
  3. ^ Blake, Ivan C. (1952). „Fiftieth Anniversary: The Anniversary Issue on Primary Cell”. Journal of The Electrochemical Society (na jeziku: engleski). 99 (8): 202C. doi:10.1149/1.2779735. 
  4. ^ Melling, Dr Jack, (born 8 Feb. 1940), consultant and contractor, US Government Accountability Office, Washington, since 1998, Oxford University Press, 2007-12-01, Pristupljeno 2024-09-02 
  5. ^ Tao, Zhanliang; Chen (2014). „"Magnesium–air batteries: From principle to application", Materials Horizons,”. 
  6. ^ Mohtadi, Rana; Mizuno, Fuminori (2014-08-18). „Magnesium batteries: Current state of the art, issues and future perspectives”. Beilstein Journal of Nanotechnology (na jeziku: engleski). 5: 1291—1311. ISSN 2190-4286. doi:10.3762/bjnano.5.143. 
  7. ^ Bruce, Peter G.; Krok, Franciszek; Nowinski, Jan; Gibson, Vernon C.; Tavakkoli, Kayumars (1991). „Chemical intercalation of magnesium into solid hosts”. Journal of Materials Chemistry (na jeziku: engleski). 1 (4): 705. ISSN 0959-9428. doi:10.1039/jm9910100705. 
  8. ^ Aurbach, D.; Lu, Z.; Schechter, A.; Gofer, Y.; Gizbar, H.; Turgeman, R.; Cohen, Y.; Moshkovich, M.; Levi, E. (2000). „Prototype systems for rechargeable magnesium batteries”. Nature (na jeziku: engleski). 407 (6805): 724—727. ISSN 0028-0836. doi:10.1038/35037553. 
  9. ^ Bella, Federico; De Luca, Stefano; Fagiolari, Lucia; Versaci, Daniele; Amici, Julia; Francia, Carlotta; Bodoardo, Silvia (2021-03-22). „An Overview on Anodes for Magnesium Batteries: Challenges towards a Promising Storage Solution for Renewables”. Nanomaterials (na jeziku: engleski). 11 (3): 810. ISSN 2079-4991. doi:10.3390/nano11030810. 
  10. ^ Bella, Federico; De Luca, Stefano; Fagiolari, Lucia; Versaci, Daniele; Amici, Julia; Francia, Carlotta; Bodoardo, Silvia (2021-03-22). „An Overview on Anodes for Magnesium Batteries: Challenges towards a Promising Storage Solution for Renewables”. Nanomaterials (na jeziku: engleski). 11 (3): 810. ISSN 2079-4991. PMC 8004101  . PMID 33809914. doi:10.3390/nano11030810. 
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Магнезијумска_батерија&oldid=28413136”