Инженеры в научно-исследовательском институте Toyota Северной Америки (Trina) считают, что они нашли секрет использования магния в аккумуляторных батареях. Это позволит заменить литий более безопасным, более энергоемким вариантом во всех батареях: от мобильных телефонов до автомобилей.
Магний рассматривался как потенциальный вариант замены лития в аккумуляторных батареях в течение некоторого времени. Литий не стабилен на воздухе и может воспламеняться при его воздействии, поэтому, чтобы сделать литий-ионные аккумуляторы безопаснее, количество ионов уменьшается и литий интегрируется непосредственно в графитовые стержни. Это уменьшает количество металла (уменьшая плотность), что ограничивает количество энергии, которую литий-ионная батарея может хранить.
Для увеличения плотности инженеры экспериментировали с соединением лития и графита, формой элемента, но достигнуть баланса было крайне сложно.
Магний, с другой стороны, является стабильным в атмосфере и потенциально более энергоемким, чем литий, с точки зрения хранения энергии. Беда в том, что, образовать электролит, в котором магний не деградирует, и который обеспечит эффективную передачу энергии оказалось трудной задачей. Но ситуация изменилась после случайного открытия во время исследований в области водородных топливных элементов.
Главный ученый и инженер-химик Toyota Рана Мохтади (Rana Mohtadi) случайно услышала обсуждение коллег о проблеме разработки дружественного магнию электролита. Она поняла, что свойства материала для хранения водорода, с которым она работает, возможно, можно будет применить в батарее на основе магния. Она собрала команду и приступила к работе, чтобы проверить эту теорию.
Руководитель исследовательской группы Toyota, Пол Фэнсон (Paul Fanson), приписывает открытие нескольким научным сотрудникам института и совместному командному труду.
Команда подготовила документ с описанием открытия, который был опубликован в журнале Angewandte Chemie International Edition. Они надеются, что другие исследователи за пределами Toyota смогут найти применение материала и ускорить развитие батарей на основе магния для повседневного использования.
“Разблокирование полного потенциала магниевых аккумуляторных батарей было частично затруднено зависимостью от сложных систем на основе хлоридов. Несмотря на высокую анодную стабильность этих электролитов, они вызывают коррозию металлических компонентов батареи, которые снижают свойства их электрохимического «окна». Следуя нашей новой концепции дизайна с участием анионов кластеров бора, монокарборан CB11H12 (-) производит безгалогеновый, простой тип магниевой соли, который совместим с металлическим магнием и демонстрирует окислительную стабильность, превосходящую эфирные растворители. Благодаря своей инертности и не агрессивному характеру, электролит на основе магния позволяет стандартизировать методы высоковольтного тестирования катода, который использует типичный плоский круглый аккумулятор. Это достижение является поворотным пунктом в исследованиях и разработках магниевых электролитов, который окажет непосредственное влияние на физическую реализацию перезаряжаемых магниевых батарей”.
Пока необходимо пройти определенный путь, прежде чем мы будем устанавливать батареи на основе магния в наши смартфоны, как оценивают исследователи, придется подождать примерно 20 лет, прежде чем эти батареи станут мейнстримом. Есть надежда на то, что представление общественности таких открытий может помочь ускорить этот процесс.
