Учёные NREL устранили главные недостатки магниевых батарей

Доминирующая на рынке батарей литий-ионная технология приближается к верхнему пределу удельной энергоёмкости. Поэтому инженеры всего мира активно исследуют альтернативные электрохимические процессы, способные выдавать больше энергии за меньшую цену.

Магниевые элементы питания теоретически могут накапливать вдвое больше энергии на единицу объёма, чем литий-ионные. Ионы магния переносят вдвое больше электрического заряда, чем литиевые, кроме того магний-металлические батареи более безопасны, так как не страдают от роста дендритов.

Но прежние исследования наталкивались на препятствие: химические реакции в обычном карбонатном электролите создают барьер на поверхности магниевого электрода, мешающий перезарядке батареи. Ионам магния приходится двигаться в обратном направлении сквозь высококоррозионный жидкий электролит, что исключает возможность эффективного функционирования магниевой батареи.

В поисках путей преодоления этих затруднений сотрудники Национальной лаборатории возобновляемой энергии (National Renewable Energy Laboratory, NREL) скомпоновали из полиакрилонитрила и соли магния искусственную твёрдоэлектролитную интерфазу. Защищённый ею магниевый анод показал заметное улучшение производительности.

Для решающей демонстрации преимуществ искусственной интерфазы учёные собрали прототип магний-металлической батареи с защищённым анодом. По сравнению с контрольным образцом (с анодом без интерфазы) это устройство выдавало больше энергии, причём сохраняло работоспособность на протяжении многих циклов перезарядки. Таким образом, способ, предложенный группой NREL в журнале Nature Chemistry, одновременно решает проблему несовместимости анода/электролита и устраняет барьер на пути ионов, покидающих катод.